山西省五马水库坝址左岸山体稳定性分析及抗滑稳定计算

尚剑宝

（山西省水利水电勘测设计研究院 太原 030024）

1 工程及地质概况

山西省五马水库工程位于山西省临汾市古县县城西南五马村东北约1km处。坝基及左岸岩体为三叠系下统刘家沟组，岩性以中厚层细砂岩、粉砂岩和薄层砾岩为主，夹多层厚1～30cm的泥岩、粉砂质泥岩，泥岩局部泥化，呈泥土状；岩体层理发育且平直，节理裂隙较为发育。

2 山体中泥岩层软化、泥化可能性

坝基建基面以上开挖范围内，在库水位以下发育8层较为连续的泥岩层，分别为 T1l-16、T1l-18、T1l-20、T1l-22、T1l-24、T1l-26、T1l-28、T1l-30 岩组，泥岩单轴饱和抗压强度为0.2～19.0MPa，软化系数为0.13～0.40，多属于极软岩—较软岩、无膨胀性或微膨胀性岩石。由于泥岩软化系数低，在水库蓄水后受水影响的岩石会发生软化。库水位以下的泥岩层在库水长期作用下泥化可能性分析如下：

坝址区左右坝肩均有断层发育，为单斜岩层，岩体较破碎，岩体已受到了构造及地应力影响，且坝基泥岩已有泥化现象，说明坝址区存在地层层间错动的可能性。

在坝基开挖爆破过程中，不可避免地对影响带内岩层产生扰动，导致泥岩结构受到影响。

水库蓄水运行后山体中水动力条件趋于活跃，而地下水活跃带内泥岩易泥化，坝基下现有的泥化层多处于地下水浅循环带内。

右坝肩ZK09-7号钻孔在钻进过程中，下部开挖面发现有水沿泥岩层流出，在水流作用下，出溢部位的泥岩层局部发现有泥化现象。

因此分析在水库蓄水运行后，坝肩泥岩层存在进一步软化、泥化可能。

3 左岸山体稳定性

3.1 左岸山体不稳定因素分析

a.左坝肩下游河床在距大坝约70m处流向由S30°W转为S70°E，河床底高程为633m；左坝肩为一单薄山梁，走向近东西向，上部基岩裸露，岩层倾向下游偏右岸，产状为N45°W/SW∠8°。山顶高程 725m；岸坡坡角约 21°，大于岩层倾角，因此左岸下游具备临空条件。

b.左坝肩存在F1断层，断层距左岸开挖面约105m，断面走向 N35°～50°E，倾向 SE，倾角 60°～71°，断距 10～15m，断层破碎带宽1.5～2.0m，断层影响带宽5～7m，具备侧缘分割边界条件。

c.左岸单薄山梁呈单斜构造，岩层倾向下游偏右岸，产状为N45°W/SW∠8°，地层倾向与左岸单薄山梁走向交角约6°。组成左岸山梁岩性为细砂岩、粉砂岩、泥岩及砾岩层。库水位下连续发育多层泥岩。且泥岩层在水库正常蓄水后有软化、泥化的可能，因此左岸单薄山梁具备底面滑动条件。

d.左岸岩体中主要发育两组节理裂隙，产状分别为：①N45°～52°E//NW 或 SE∠70°～85°，②N47°～58°W/NE 或 SW∠70°～86°，裂隙面多平直光滑，延伸较长，裂隙宽一般 0.1～0.3cm，发育间距一般0.5～1.5m，砂土充填或半充填，与岩层层理的相互组合构成了该岩体地下水下渗的主要通道。

e.左岸单薄山梁基岩裸露，上游迎水坡陡立，可构成为该山梁的后缘；第②组裂隙走向与大坝近于平行，也可构成后缘拉裂面。

根据岩层产状、两组节理裂隙产状、F1断层产状及迎水坡各结构面画赤平投影图见图1，F1断层走向与岩层倾向呈大角度相交，可构成侧缘；第②组裂隙走向与岩层倾向也呈大角度相交，有可能构成后缘；岩层倾角小于坡面倾角，具临空条件。

图1 左坝肩各结构面赤平投影图

综上所述，大坝左岸山体具备了滑坡产生的滑面、侧缘、后缘和临空等条件。当水库蓄水后，在大气降水和库水长期入渗的情况下，泥岩层有可能软化、泥化。在库水、地震力等因素作用下，该左岸单薄山梁具备产生顺层滑动的条件。

3.2 左岸山梁稳定性计算

以下采用刚体极限平衡法对左岸山梁进行稳定验算。滑面选取 T1l-16、T1l-18、T1l-20、T1l-22、T1l-24、T1l-26六个拟选泥岩层滑动面，考虑拟滑面泥岩泥化情况；计算工状为水库正常蓄水位状态，考虑渗透压力和地震力作用。由于与滑动方向大角度相交的节理裂隙较为发育，后缘选取与滑面相交的较大裂隙面，根据现场勘察，山体中发育三条较长大裂隙，编号分别为GL1、GL2、GL3，对其做为后缘分别进行了计算，另外，对整个山体沿T1l-16、T1l-18为滑面滑动可能也进行了稳定验算。计算模型见图2。

地震力采用下式计算：

安全系数采用下式计算：

图2 左岸山体滑动计算模型示意图（以GL2与T1l-16岩组组合滑动为例）

上二式中K——安全系数；

γ——滑动岩体的天然重度，取T1l-16岩组以上岩体天然重度的加权平均值26.27kN/m3；

γs——滑动岩体饱和重度，取T1l-16岩组以上岩体饱和重度的加权平均值26.37kN/m3；

γw——水的重度，取10kN/m3；

V——水上部分滑体体积，m3；由平行断面法求得；

V′——水下部分滑体体积，m3；由平行断面法求得；

α——滑动面的倾角，取岩层倾角8°；

β——后缘裂隙的倾角，为76°；

φ——天然状态滑面的内摩擦角，（°）；

φ′——水下部分滑面的内摩擦角，（°）；

c——天然状态滑面的粘聚力，（kPa）；

c′——水下滑面的粘聚力，（kPa）；

A——水上滑体部分与滑面接触面水平投影面积，m2；由剖面图量取；

A′——水下滑体部分与滑面接触面水平投影面积，m2；由剖面图量取；

B——滑体后缘水下部分垂直投影面积，m2；由剖面图量取；

B′——滑体后缘水上部分垂直投影面积，m2；由剖面图量取；

h′——滑动岩体水上垂直厚度，m；由剖面图量取；

h——滑动岩体水下垂直厚度，m；由剖面图量取；

F——地震力，kN/m；

an——动态分布系数，取1.0；

ζ——地震效应折减系数，取0.25；

g——重力加速度，m/s2；取10 m/s2。

根据现场试验，泥岩泥化后抗剪断粘聚力c′值为10kPa、抗剪断摩擦系数 f′值为 0.25。

安全系数评价标准按《水利水电边坡设计规范》（SL386—2007）选取，工程边坡为4级，正常状态边坡稳定安全系数取1.15，地震状态取1.05。

通过稳定计算，水库正常蓄水（水位663m）并考虑渗透压力和地震时，各构造与滑面的组合安全系数值为1.36～1.44，计算结果见下表，因此左岸山梁处于稳定状态。

正常蓄水位（663.0m）左岸山梁抗剪稳定计算成果表