山西屯绛水库大坝下游坝坡表面滑脱原因分析

计庆宝

1 工程概况

山西省屯绛水库位于浊漳河南源支流绛河上，地处屯留县河神庙乡店上村西，于1958年1月动工兴建，当年8月建成蓄水。水库1963年进行了枢纽工程改造，重建了灌溉泄洪洞，增设了右岸溢洪道(1958年所建左岸土基上溢洪道作为非常溢洪道)，改建了坝下放水洞。1989年对大坝、溢洪道进行了除险加固改造(溢洪道加设闸门、大坝加高培厚)。坝址以上流域面积405.3 km2，总库容3770万m3，是一座以防洪为主，兼灌溉、水产养殖、工业供水等综合利用的中型水库。水库现状运用洪水标准为100年一遇设计，1000年一遇校核。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

区内山峰高程1120 m，河谷高程952 m。绛河为浊漳河南源的一条最大支流，发源于屯留、安泽交界处太岳山脉，由西向东横贯屯留县全境，最后注入浊漳南源的漳泽水库，河流长81.2 km，总流域面积887.4 km2，水库控制流域面积405.3 km2，占总流域面积的45.6%。绛河属于常年性流水河流，多年平均流量5220万m3。水库区地貌特征为剥蚀侵蚀中低山区与梁状黄土陵。坝址区地貌为河谷和二级阶地。

2.2 地层岩性

大坝段河床高程约950 m，覆盖层上部为第四系全新统冲洪积浅黄色含砾低液限粘土层夹粉土质砂层，厚1 m～5 m。下部为第四系上更新统洪积灰黑、棕黄色低液限粘土，厚5 m～20 m。坝基含砾低液限粘土层夹粉土质砂层，砾石成分为砂岩、泥岩，粒径一般3 mm～55 mm，含量约30%～40%，粉土质砂层呈薄层状和透镜体状。

2.3 地质构造

本区位于吕梁太行断块沁水块坳的沾尚～武乡～阳城北北东向褶带的中部，西部与郭道～安泽近南北向褶带相连，东部与娘子关坪头坳缘翘起带和长治新裂陷接壤。区内构造格架受北北东向褶带控制，由次级轴向近南北向宽缓的背斜向斜组成，轴长度一般3 km～15 km，褶曲两翼岩层倾角4°～18°，呈平缓褶皱或开阔褶皱。区内地震受新构造运动制约。从新构造运动分区看，库区处于平缓隆起拱形构造区，即晋东南拱形构造带内。东部与长治新裂陷区相邻，直线距离约40 km。水库周边地震历史记载，长治新裂陷区4级以上地震有2次，即屯留县城南4.75级(1497年2月17日)，潞城4级(1965年9月4日)。在平缓隆起拱形构造区，武乡县城北5级(1890年)一次。库区内没有地震记载资料，地震活动较平静。本区地震动峰值加速度值为0.05，地震基本烈度为6度，地震动反应谱特征周期为0.45 s。区域构造稳定性较好。

2.4 地下水

根据地下水的赋存条件，区内地下水可分为碎屑岩类裂隙水和松散岩类孔隙水。碎屑岩类裂隙水含水岩组为中生界三叠系下统刘家沟组()、和尚沟组()紫红色中厚层细粒长石砂岩、粉砂岩。相对隔水层为粉砂质泥岩及泥岩层。碎屑岩类裂隙水以泉水侧向补给河水形式排泄。松散岩类孔隙水主要赋存于河床、河漫滩及山坡第四系洪冲积细粒、粗粒类土层中。地下水由两岸向河谷、由上游向下游排泄。地下水的补给来源主要接受大气降水和河谷两侧碎屑岩类裂隙水补给。

3 下游坝坡表面滑脱原因分析

3.1 坝体土的组成与性状

3.2 坝体填土物理力学性质

3.3 下游坝坡表面滑脱原因分析

1993年8月，暴雨过后主坝下游坝坡出现4处面积约100 m2的表层滑脱现象，滑脱深度大约0.2 m～1.2 m。2007年7月暴雨后，主副坝下游坝面再次出现表层滑脱现象，受损面积超过4000 m2。根据钻孔和竖井勘探资料，对坝坡滑脱原因分析如下:

1)坝体浸润线变化原因。坝体浸润水位曲线随库水位整体变化大。以2008年4月8日库水位973 m时桩号0+270 m处横剖面为例进行说明，大坝上游高程约977 m处浸润线水位为970.26 m，大坝中轴线部位浸润线水位为967.4 m，大坝下游高程974.23 m处浸润线水位为966.23 m，高程966.58 m处浸润线水位为958.29 m，高程961.74 m处浸润线水位为950.64 m。总体来看，坝体浸润线分布在新旧坝体接触面附近。然而，大坝下游坝坡分布的竖井SJ08-2，SJ08-3中，在开挖深度3 m范围时均可见后续培厚填筑土层中较欠密实填土层内有水滴渗出，土体含水率大，井底有积水现象。其出水高程与浸润线水位高程大约有8 m的高差，由此说明新坝体土局部部位浸润水位紊乱，或者说浸润水位在新坝体中存在沿坝体欠密实土层水平方向渗流的势态，导致后续培厚填筑较欠密实土层含水率高，在局部容易形成饱和土体带。2)下游坝坡后续培厚填筑土层土体均匀性差。分析原因是1989年对大坝进行加高培厚过程中填筑土层过厚而碾压力度不够造成的。从而形成了后续填筑土层中出现致密土层和较松散土层呈互层状现象，再加上坝坡表面边坡处欠压实土层清除力度不足，坝坡土层表层较松软，又无防水护坡处理，当地表水不能及时排泄时便形成了局部坝体土表层的饱和现象。另外，下游坝坡表层用碎石和卵石铺盖，并由所插块石将整个坝坡分隔成为“×”形小区块，对坝坡上水流的下泄有一定的阻隔作用，因坝坡排水不畅，使水流在马道上部汇集，也容易在下游坝坡形成局部饱和土体带。3)坝坡坡度较陡。坝坡从坝顶至第一级马道呈上陡下缓的趋势，当坝坡下部局部土层饱和后，支撑力不足，上部土体沿饱和土层软弱带剪切产生重力滑脱现象。在汛期，遇到暴雨时，由于降雨量大，降雨时间集中，坝坡排水不畅，降水入渗，形成软弱带，上部土体在重力作用下沿软弱带易发生表层滑脱现象。1993年8月和2007年7月曾降过两次暴雨，这两次暴雨强度大，2 h降水量分别达到70 mm和90 mm，暴雨过后大坝下游坝坡出现多处表层滑脱现象，坝坡滑脱厚度最大不超过1.2 m。

4 结语

造成下游坝坡表面脱落的原因主要就是坝体浸润线变化、下游坝坡后续培厚填筑土层土体均匀性差和坝坡坡度较陡。建议对坝体进行必要的工程处理，对坝坡进行护坡整治，清除“×”形分布插石，设置防渗措施，进行坝坡排水设施整治，以防止降水入渗进入大坝土体，保证坝体土的稳定性。