贵州省黔西南某小型水库库岸边坡稳定性研究分析

王克铭

(喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室，贵州贵阳550003)

集云水库位于贵州省黔西南自治州兴义市贞丰县连环乡境内，为贞丰县2011年度水利工程新建项目。为防止库岸坍塌并保证正常蓄水位线以上居民的生命财产安全，故对该水库库岸进行稳定性分析［1］。

坝址以上集水面积为0.96 km2，初步考虑正常蓄水位为962.4 m，集云水库大坝设计为重力坝，大坝最大坝高为15.9 m，坝轴线长约48.22 m，水库总库容 22.4万 m3，按小(2)型设计，大坝等级为Ⅴ等。水库设计洪水标准为30 a一遇、相应洪峰流量为22.3m3/s，校核洪水标准为300 a一遇、相应洪峰流量为 31.8 m3/s。

水库主要功能为供水，水库主要枢纽建筑物有拦河坝、泄水建筑物、取水建筑物等。水库年可供水量7.2×105m3，为农村2×103人供水，可灌溉灌区831亩耕地，其中水田105亩，旱地726亩。配套渠道约为7.8 km。

1 工程地质环境

1.1 地形地貌

工程区所属的贞丰县地处云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地势从西北向东南呈阶梯状逐级下降。贞丰县境内最高点在西南部龙场镇龙头大山，海拔高程1 967 m;最低点在东南角部沙坪乡北盘江与洛凡河交汇处，海拔高程324 m，相对高差1 643 m。地貌形态可分为山原糟谷、低山丘陵与岩溶盆地、河谷山地三大形态。全县主要以山地、丘陵和山间平坝为主。

测区大多为低中山地形，山顶高程为1 002～1 089 m，河谷高程930～950 m。分布地层岩性以砂岩、泥岩为主，河谷开阔，山势低矮，坡度较缓，沟岭相见，属峡谷期侵蚀低中山地貌。库区的地貌呈现出低山丘陵的主要特征，地形坡度较缓。

1.2 地层岩性

工程区内出露地层由老至新依次为:三叠系下统夜郎组、安顺组，三叠系中统关岭组、花溪组、藻灰岩、边阳组、法郎组，三叠系上统赖石科组、把南组、火把冲组，新生界第四系。

1.3 地质构造

本区所处大地构造单元为扬子准地台-黔南台陷-望谟北西向构造变形区内，区域内的主要构造有:兴仁向斜、坡坪同生断层、雷公滩背斜、贞丰背斜。

1.4 地震及区域稳定性

根据各构造形迹和历史调查等进行综合分析:该区无挽近期以来的活动性断裂及深大断裂发育，该区地壳运动属上升的相对稳定时期。

测区挽近期以大面积间歇性大幅度上升为主，区内地质活动微弱，根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001)，工程区地震动反应谱特性周期值为0.45 s，地震动峰值加速度为0.05 g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定性较好。

1.5 水文地质条件

测区主要出露三叠系中统边阳组地层，约占测区面积的93%，主要为粘土岩及粉砂岩、石英杂砂岩、泥晶灰岩。岩溶发育弱，未见强烈岩溶发育现象。

测区地下水赋存条件与规律受岩性、构造、地貌及大气降水控制。测区大面积分布粘土岩及砂岩，这类岩石富水性好，径流缓慢，泉水流量小，多沿溪沟两侧岩石裂隙或坡积物中泄出地表。

综上所述，测区地下水的补给方式主要是大气降水通过孔隙、裂隙入渗补给地下水，地下水类型以基岩裂隙水和少量松散岩类孔隙水为主，有少量的碳酸盐岩岩溶水。

1.6 不良物理地质现象

测区内岩层产状整体变化较小，岩溶现象不明显。库区大部被第四系残坡积土覆盖，受岩体风化及裂隙切割等因素共同作用，局部易形成不稳定块体塌落，形成崩塌，库区中上游较多，规模较小，崩塌体主要为第四系残积土夹少量砂泥岩。测区河谷切割一般较深，坡谷较缓，较陡的斜坡地带产生较大规模滑坡等不良物理地质现象。区域不良地质现象主要表现为岩石风化、崩塌、岩溶、滑坡等形式。总体上测区内不良物理地质现象中等发育。

1.7 人类工程活动的影响

人类工程活动对库岸的影响是明显的［1］，也是不可忽视的因素之一。主要包括切坡、建房、堆填杂物等，人类工程活动改变了库岸岩土体原有的应力状态，当其平衡状态被打破时，库岸就有可能失稳。

库区内主要地层概况见图1。由库区综合地质柱状图可以看出，库区地多为软硬相间的砂岩、粘土岩、灰岩互层组合，均为隔水层或相对隔水层，因此也造成了天坛水库的主要工程地质问题是库岸稳定性问题。

图1 库区综合地质柱状图

2 库岸稳定性分析

经调查发现，整个库区内山体都比较平缓，岩层连续且倾角较平缓，库岸边坡相对而言比较稳定，一般情况下库区内不易发生滑坡危害。但在水库坝址下游附近，观测到有滑坡现象，但规模很小，对工程基本无影响。库区内有4处滑坡出现，滑坡现植被茂密，受地形条件影响，滑坡均滑向连环小河河谷，滑坡受水的条件影响大，有的滑坡遇大暴雨时会产生蠕滑迹象，因此需进行稳定性分析评价。

现取距坝址687 m处的一处滑坡作为研究对象，其具体特征如下:滑坡形态为蝶形，分布在1 026～1 048 m高程处，高于正常蓄水位，据初步估计，滑坡面积约为1.78×104m2，滑体厚度约为6 m，为土质滑坡，滑坡后缘岩性为黄褐色粘土岩，滑坡前缘为薄层红褐色粘土岩，滑坡边界点处岩性为泥页岩夹黄色中厚层细砂岩，产状为200°∠47°。发育两组节理，节理产状分别为 295°∠71°、6°∠32°，此节理为滑坡的控制节理。

由于该滑坡滑面多为岩土接触界面，呈折线形，因此，采用规范推荐的传递系数法(极限平衡法的一种)计算。其计算公式为

式中:ψi为第i计算条块剩余下滑力向第i+1块的传递系数。

式中:Fs为滑坡稳定系数;ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值(KPa);φi为第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值(°);li为第i计算条块的滑动面长度(m);θi，ai为第i计算条块的底面倾角和地下水位面倾角(°);Gi为第i计算条块的单位宽度岩土体自重(KN/m);Gbi为第i计算条块滑体的地表建筑物的单位宽度自重(KN/m);Pwi为第i计算条块的单位宽度的动水压力(KN/m);Ni为第i计算条块滑体在滑动面上法线上的反力(KN/m);Ti为第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力(KN/m);Ri为第i计算条块滑动面上的抗滑力(KN/m)。

将滑带土室内抗剪强度试验结果与极限平衡反演分析法所得结果进行综合对比，取滑带土天然状态下抗剪强度指标c=40.8 KPa，φ =9.5°，饱水抗剪强度指标 c=18.8 KPa，φ =4.8°，计算剖面如图2所示。

图2 计算剖面图

根据计算，滑坡体在天然状态条件下的稳定系数为1.34，滑坡体较稳定;在滑面充水状态条件下的稳定系数为0.98，滑坡体不稳定。

3 结论及建议

(1)库岸边坡失稳是多种因素综合作用的结果。如何定量评价各因素对岸坡的影响，岩石的风化程度、地震力、水位变化等对库岸变坡的影响也至关重要，由于时间所限，未能进行深入的研究。

(2)据此计算结果，应采取工程措施进行预防治理，以免在水库蓄水后由于库岸崩塌而导致水库淤积或损毁水坝。可结合地形进行坡面修整、采用排水等措施，同时，进行坡面防护，在滑坡体前缘进行抛石，防止坡脚冲刷，确保滑坡体稳定性。

(3)对坝肩开挖施工方案及支护措施应作周全考虑，坝址区的施工动力因素可能会对库岸岩体稳定性产生影响，施工过程中应加强安全防范措施。

［1］张悼元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.北京:地质出版社.1994.

［2］左建.水利工程地质［M］.北京:中国水利水电出版社.1999.

［3］张学年.长江三峡工程库区顺层岸坡研究.北京:地震出版社.1993.

［4］黄润秋.高边坡整体稳定性评价探讨.水文地质与工程地质.1995.