五马水库库区库岸稳定分析及评价

赵 宇

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程地质概况

五马水库位于临汾市古县县城西南五马村东北约1km处，坝址所在河流属汾河一级支流——洪安涧河南支，俗称旧县河。

库区位于旧县河干流下游，库尾至上游贤腰村附近。河床两岸大部分基岩裸露，山峦起伏，沟壑纵横，冲沟较为发育。左岸地面高程659～789m，右岸地面高程 646～774m，两岸边坡自然坡角 30°～55°，并发育数条北东走向的冲沟，但延伸较短。河流呈“S”型，总体流向由NE转向SE，河底高程634～690m，河流纵坡约1‰，为基岩河谷，局部有少量卵石混合土及土层，属侵蚀构造为主的低山区。

库区物理地质现象主要有风化和塌滑体。风化主要发育于基岩表层，其岩性不同，风化程度及深度也不同。一般砂岩岩性坚硬，节理裂隙发育，风化厚度较大；泥岩岩性软弱，层内节理裂隙发育较弱，风化厚度相对较小。总体分析，库区岩体强风化带厚度为5～10m。库区两岸岸坡总体较为稳定，局部受卸荷、风化等外动力地质作用可见塌滑现象，但其规模和范围较小，属小型塌滑，对水库影响不大。勘察发现，库区右岸有3处塌滑体，坍塌体积约25.5万m3，塌滑体 V1位于贤腰村西约0.5km处，塌滑体滑动方向S30°W，河谷处为陡崖，塌滑体长170m、宽90m，厚5～10m，塌滑体积约15.3万m3，其前缘高程740m。塌滑体V2位于贤腰村西约1.5km处，塌滑体滑动方向S12°W，河谷处岸坡较缓，塌滑体长130m、宽90～120m，厚2～5m，体积6.8万m3，其前缘高程690m。塌滑体V3位于大坝东约1.0km处，塌滑体滑动方向S71°W，河谷处较为平缓，塌滑体长 160m、宽 60～80m，厚 1～3m，体积3.4万m3，其前缘高程670m。

2 库岸稳定分析

库区内以较陡的岩质岸坡为主，局部发育土质岸坡。岸坡稳定分为土质边坡和岩质边坡两种。

2.1 土质边坡

库区土质岸坡分布于库区凸岸及库尾，岩性主要为第四系中更新统洪积（Q2pl）低液限黏土，局部夹钙质结核。在库区右岸上游距大坝300m处发育一较大冲沟，沟内地表覆盖第四系中更新统低液限黏土及低液限粉土层。根据竖井资料，冲沟上部覆盖层厚3～5m，向库区方向覆盖层逐渐增厚，厚度8～10m，基岩面高程668～682.5m，比水库正常蓄水位为682.5m时低0～14.5m，比水库正常蓄水位为677.5m时低0～9.5m。本次勘察取岸坡土层原状样进行室内试验，根据其物理力学试验指标可知，土层抗冲刷能力较差，存在坍岸问题。

当水库处于正常蓄水位，土质边坡在库水的长期冲刷和淘蚀下，该处土体将产生不同程度的坍岸。

2.1.1 坍岸宽度预测

由库区坍岸地质剖面图可知，基岩面坡角小于水下稳定坡角，根据坍岸剖面实际形态，最终坍岸宽度采用《水利水电工程地质手册》如下公式进行计算：

式中：St——经修正后的坍岸带最终宽度，m；

N——与土的颗粒大小有关的系数；

A——库水位变化幅度，m，其值为正常蓄水位与死水位差值；

hp——波浪冲刷深度，m；

hB——波浪爬高，m；

H——正常蓄水位以上岸坡高度，m；

α——浅滩冲刷后水下稳定坡角，°；

β——岸坡水上稳定坡角，°；

γ——原始岸坡坡角，°。

计算参数取值及计算结果见表1。当正常蓄水位为682.5m时，库区最终坍岸宽度为62.6m；当正常蓄水位为677.5m时，库区最终坍岸宽度为17.4m。

表1 参数取值及预测坍岸宽度计算结果表

2.1.2 坍岸方量估算

根据工程地质平、剖面图，估算该段库区的坍岸方量，见表2。

当正常蓄水位为682.5m时，最终坍岸总方量为1.24万m3，其中水上坍岸方量0.38万m3，水下坍岸方量0.86万m3。当正常蓄水位为677.5m时，最终坍岸总方量为0.18万m3，其中水上坍岸方量0.12万m3，水下坍岸方量0.06万m3。

表2 库区坍岸方量估算结果表

库区该段土质岸坡坍岸影响范围内无村庄和工矿企业，主要是由坍岸造成的固体物质使水库部分地段淤积而侵占库容。

2.2 岩质边坡

库区河流为山区峡谷型河流，总体流向N60°W。库区大部分地段基岩裸露，岸坡较陡。出露地层岩性为三叠系下统刘家沟组（T1l）和二叠系上统石千峰组（P2sh）灰红色、灰紫红色中—薄层细粒长石砂岩及薄层状紫红色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层。自然边坡坡度在10°～65°之间，为单斜岩层，地层产状为N20°～30°W/SW∠8°～15°。

库区左岸基岩岸坡自然岸坡在10°～60°之间，岸坡多倾向NE，与岩层倾向相反，为逆向岸坡，岩体总体较为稳定，未发现不稳定岩体存在。

库区右岸岸坡大部分为岩质岸坡，自然坡角在20°～65°之间，上缓下陡，接近河面部位多呈直立状，陡立面高5～20m。岸坡坡向SW，与岩层倾向大致相同，为顺向岸坡，坡角大于倾角。局部地段节理裂隙发育，由裂隙与岩层组合将局部岩体切割成块状，在水库正常蓄水运行后，可能产生局部边坡失稳及小规模的塌滑，但不影响水库的正常运行。

库区发育三个小规模塌滑体均位于右岸，编号分别为 V1，V2，V3，塌滑体分布位置较高，仅 V3有少量滑塌体位于水库正常蓄水位以下，V1，V2均高于水库正常蓄水位。

三个塌滑体均沿坡面堆积，表层为第四系中更新统洪积（Q2pl）淡黄色低液限黏土，厚4～8m，下部为混合土碎石，厚 2～3m。水库蓄水后，V1，V2因前缘高程高于水库正常蓄水位，故不受水库蓄水影响，仅V3因前缘有少量塌滑体位于水库正常蓄水位之下，蓄水后有可能因库水淘刷而产生部分坍塌，但规模较小，方量不大，不会对水库正常运行产生较大影响。

3 结语

五马水库库区大部分地段基岩裸露，土层分布范围不大，距大坝300m处库区右岸处，有一土质岸坡，估算坍岸方量小，对水库影响小。基岩库岸大部分地段较为稳定，库区右岸发育三个小型塌滑体，仅V3前缘高程低于水库正常蓄水位，其规模很小，对水库运行影响不大。