夹岩水利枢纽工程库区边坡稳定性评价与治理

万　力, 虞　磊, 杨长烜

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州 贵阳　550002)

0　引言

夹岩水利枢纽[1-2]水源工程位于毕节市六冲河上游,总库容13.25亿m3,属Ⅰ等大(1)型水利工程,库区地震基本烈度为Ⅵ度。挡水建筑物为砼面板堆石坝,最大坝高154m、坝顶长度405m。水库正常蓄水位1323.00m、设计洪水位1324.03m、校核洪水位1326.06m、死水位1305.00m,放空隧洞进口底板高程1265.00m。

水库中部为纵向谷河段,坝址上游约18～20km段右岸顺河流依次存在田坝、咪戛、周家垭口等3处同向缓倾结构潜在不稳定岩质边坡。田坝边坡平面呈“半葫芦”形,纵向长约400m、横向长约1000m,分布面积约20万m2，潜在不稳定体体积约300万m3。田坝边坡下游约500m存在咪戛边坡,平面近锥形,纵向长约750m，横向长约800m,分布面积约37万m2，潜在不稳定体体积约350万m3。田坝边坡下游约2km存在周家垭口边坡,平面近圆形,直径近350m,分布面积近9万m2，潜在不稳定体体积约150万m3。

近坝左岸的潘家岩脚堆积体平面呈“山”字型,纵、横向各长约450m,分布面积约10万m2、潜在不稳定体体积约250万m3。

1　边坡基本工程地质条件

边坡总体呈斜坡地形。前缘河道宽20～40m，水深2m左右,砂卵砾石层覆盖。

1.1　田坝边坡

田坝边坡坡角10°～30°，一般约25°,坡上有村民居住,边坡最大高度近90m。地层岩性为(T1yn2-2)灰色薄、中厚层灰岩、泥灰岩与灰、红灰色薄—中厚层泥岩不等厚互层,强风化带厚3～8m。岩层呈单斜构造倾向河床，产状10°∠20°,泥岩中发育多层贯通性好的泥夹岩屑型软弱层面形成潜在滑面,最低层潜在滑面出露在河床附近,潜在滑体重心高程约1294m。岸坡地下水位埋深50m以内，成库前均位于最低潜在滑面以下。田坝边坡基本工程地质条件见图1。

图1　田坝边坡典型纵剖面

1.2　咪戛边坡

咪戛边坡坡角5°～40°，一般约25°,坡上有较多村民居住,边坡最大高度近180m，受张拉裂隙切割位于下部的主要边坡高度近120m。地层岩性及强风化带厚与田坝边坡基本相同。岩层呈单斜构造倾向河床，产状30°∠18°,泥岩中发育多层贯通性好的泥夹岩屑型软弱层面形成潜在滑面,最低层潜在滑面出露在河床附近,潜在滑体重心高程约1301m。岸坡地下水位埋深50m以内，成库前均位于最低潜在滑面以下。咪戛边坡基本工程地质条件见图2。

1.3　周家垭口边坡

周家垭口边坡坡角5°～50°、一般近30°,边坡最大高度近240m。地层岩性为(T1yn3)灰、深灰色中厚层致密块状灰岩,浅灰色厚层泥灰岩、泥质灰岩夹中厚层灰岩,强风化带厚3～8m。岩层呈单斜构造倾向河床，产状30°∠20°,边坡底部发育的薄层泥灰岩层形成潜在滑面,最低层潜在滑面出露在河床以上约30m的岸坡附近,潜在滑体重心高程约1407m。岸坡地下水位埋深一般超过100m,成库前均位于最低潜在滑面以下。周家垭口边坡基本工程地质条件见图3。

图2　咪戛边坡典型纵剖面

图3　周家垭口边坡典型纵剖面

1.4　潘家岩脚堆积体

潘家岩脚堆积体地形总体上下陡中间缓,上部坡角25°～40°,一般约30°;中部坡角10°～30°,一般近20°;下部坡角20°～45°,一般约35°,边坡最大高度约220m。堆积体厚一般30～40m,主要分3层堆积,底部黏土质砾石层厚3～8m,具有不连续性;下部碎石土层厚8～15m,块碎石主要由软质岩构成;表部碎石土层厚20～30m,主要由硬质块碎石钙质半胶结形成;河床堆积体厚近15m,由砂卵砾石层构成、结构密实。基岩面倾向河床并在河床面附近出露,倾角上部一般30°以上,下部20°左右。下伏地层岩性主要为(T1f2-4)薄—中厚层含砂质、钙质泥岩及薄—中厚层钙质、泥质粉砂岩,强风化带厚15～20m,岩层呈单斜构造倾上游偏右岸,产状292°∠23°。堆积体重心高程约1297m。成库前岸坡地下水位埋深一般在基岩面以下5～10m。潘家岩脚堆积体基本工程地质条件见图4。

1.5　主要岩土物理力学参数

库区4个边坡稳定性分析所采用的重度γ、凝聚力c、内摩擦角φ等主要岩土物理力学参数[3]见表1。

图4　潘家岩脚堆积体典型纵剖面

表1岩土主要物理力学参数取值

Table 1Values of main physical and mechanical parametes of rock and soil

边坡名称边坡部位主要岩性γ/(kN·m-3)c/kPaφ/(°)天然饱和天然饱和天然饱和田坝潜在滑体灰岩、泥灰岩与泥岩互层25．025．580070045．038．0潜在滑面泥夹岩屑型软弱层面25．025．5302522．018．0咪戛潜在滑体灰岩、泥灰岩与泥岩互层24．525．040030033．029．0潜在滑面泥夹岩屑型软弱层面24．525．0302522．018．0周家垭口潜在滑体灰岩、泥灰岩与泥质灰岩25．526．01150100055．050．0潜在滑面薄层泥灰岩25．025．5655027．022．0潘家岩脚堆积体表部灰岩、泥质灰岩崩塌半胶结22．023．51219037．532．0堆积体下部泥岩、粉砂岩崩塌密实堆积21．022．01405830．527．3堆积体底部硬至可塑状粘土质砾石层19．020．0241822．019．0

2　整体稳定性评价

2.1　定性评价

2.1.1岩质边坡稳定性

水库中部纵向谷河段右岸的田坝、咪戛和周家垭口3个斜坡地貌岩质边坡,均存在倾向河床的缓倾角软弱结构面或薄层软质岩构成的潜在滑面。潜在滑体总体属硬质岩、不会产生溃屈或倾倒变形破坏,主要变形破坏形式为沿着潜在滑面产生整体平面滑动,根据同类工程经验,最低潜在滑面以上潜在滑体的整体稳定性一般最低。田坝、咪戛两个边坡潜在滑体重心低于死水位,即使形成滑坡产生涌浪的可能性小[4],对水工建筑物的危害较轻、边坡级别为4级[5],但其移民搬迁水位线以上仍有较多村民居住,边坡级别为2级[6-7]。周家垭口边坡潜在滑体重心高于死水位,一旦形成滑坡将产生涌浪,对水工建筑物的危害不严重，边坡级别为3级。

岩质边坡现状地下水位在最低潜在滑面以下,天然状态的潜在滑面内摩擦角均大于倾角15%以上、边坡现状整体稳定。成库后水位上升超80 m,地下水位上升导致潜在滑面软化、强度降低,其软化系数0.80左右。田坝和咪戛边坡大部分潜在滑面被淹，整体稳定性降低10%左右；周家垭口边坡仅30%潜在滑面被淹、整体稳定性降低不明显；田坝和咪戛边坡因大部分潜在滑体被淹、库水位消落过程中整体稳定性降低更明显。

2.1.2潘家岩脚堆积体稳定性

堆积体下限大部分为分布在中下段的黏土质砾石层软弱接触带,对堆积体的变形破坏模式起控制作用。堆积体表部和下部强度较高、坡角不陡,变形破坏类型主要为堆积体内弧型与软弱接触带折线型组合的整体复合滑动破坏。下伏基岩为横向坡、基岩面不陡,不会产生整体形破坏。堆积体离枢纽工程区较近,对水工建筑物的危害较严重,边坡级别为2级。

堆积体现状地下水位基本在接触带以下,天然状态的接触带内摩擦角略大于倾角，边坡现状整体基本稳定。成库后水位上升超110 m,地下水位上升导致软弱接触带软化、强度降低,其软化系数0.85左右。软弱接触带几乎全淹、整体稳定性降低近20%,库水位消落过程中还将进一步降低,成库后整体不稳定。

2.2　定量评价

2.2.1运用条件及工况

结合现状、水库特征水位及洪水调节情况,边坡运用条件分为正常、非常Ⅰ两种,主要包括以下工况:

(1)现状。河道天然常水位(工况1)。

(2)运行期。正常运用条件:①水库正常蓄水位(工况2)；②水库设计洪水位(工况3)；③水库死水位(工况4)；④水库正常蓄水位经常性降落至死水位(工况5)。

非常运用条件Ⅰ:①水库校核洪水位(工况6)；②水库正常蓄水位非常降落至放空隧洞进口底板(工况7)；③水库正常蓄水位遭遇暴雨(工况8)。

2.2.2整体稳定性系数

库区3个岩质边坡按不平衡推力传递法、堆积体按摩根斯顿—普赖斯法计算,不同工况下的整体抗滑稳定性计算结果见表2。

表2　不同工况下稳定性系数

2.2.3整体稳定性定量评价

3个岩质边坡现状整体抗滑稳定性系数1.50左右，整体稳定。成库后田坝、咪戛两个边坡整体抗滑稳定性系数,正常运用条件下均在1.24以上,高于4级边坡相应安全系数上限1.15,非常运用条件Ⅰ下均在1.10以上，达到相应上限1.10,整体稳定性符合规范要求;若其移民搬迁水位线以上村民不搬迁,整体抗滑稳定性系数尽管在正常运用条件下高于2级边坡相应安全系数下限1.20,但在非常运用条件Ⅰ下却达不到其下限1.15,故边坡上村民不搬迁时整体稳定性不符合规范要求。成库后周家垭口边坡整体抗滑稳定性系数,各运用条件下均在1.41以上,高于3级边坡正常运用条件下安全系数上限1.20,整体稳定性符合规范要求。

潘家岩脚堆积体现状整体抗滑稳定性系数1.14，整体基本稳定。成库后整体抗滑稳定性系数大多低于0.95,整体稳定性不符合规范要求。

3　结论及建议

3.1　结论

(1)水库中部纵向谷河段右岸,分布田坝、咪戛和周家垭口3个同向缓倾结构岩质边坡,现状整体稳定。水库蓄水后,整体稳定性下降但仍符合规范要求,但边坡的安全性满足不了村民继续居住的要求。

(2)近坝左岸的潘家岩脚堆积体现状整体基本稳定,水库蓄水后整体稳定性下降明显,整体变得不稳定,须采取可靠的治理措施。

3.2　建议

(1)田坝、咪戛两个边坡移民搬迁水位线以上居住的村民须搬迁。水库中部纵向谷河段右岸3个岩质边坡的防治,以坡面排水及最低潜在滑面顶部外地表截水等措施为主；对田坝、咪戛两个重心较低的边坡,辅以一定的变形观测措施；对重心较高的周家垭口边坡,辅以必要的表面位移变形监测措施。

(2)若田坝、咪戛两个边坡移民搬迁水位线以上居住的村民搬迁困难,除了采取排水和监测措施外,还要采取减载、支挡或两者相结合的加固措施。但加固措施施工难度复杂、投资大。

(3)潘家岩脚堆积体除采取坡面排水、周界外地表截水及表面位移、地下水位渗流监测等必要措施外,综合比较压坡、减载、坡体排水或多种措施相结合的可能治理措施,及抗滑桩、锚索、化学注浆或多种措施相结合的可能加固措施,采用上部削方减载、下部压坡的治理措施安全可靠，技术可行最适用，经济合理。

(4)SL386—2007中,边坡级别的确定以对水工建筑物的危害程度为基础。对一些有居民居住的库区边坡,离大坝等主要水工建筑物较远,即使形成滑坡对其危害可能不严重或较轻,以此为基础确定的边坡级别一般较低。此类边坡的稳定性评价及治理,建议参照以危害非城镇居民的自然边坡作为防治对象的相关DZ类标准。

参考文献：

[1]吴高海，等.贵州省夹岩水利枢纽工程项目建议书[R].贵阳:贵州省水利水电勘测设计研究院,2012.

[2]杨序烈，等.贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程可行性研究报告[R].贵阳:贵州省水利水电勘测设计研究院,2013.

[3]GB50487—2008,水利水电工程地质勘察规范[S].

[4]王世梅,陈勇.重庆市鲤鱼塘水库陈家大院滑坡涌浪预测[J].人民长江,2006(8):98-100.

[5]SL386—2007,水利水电工程边坡设计规范[S].

[6]DZ/T0218—2006,滑坡防治工程勘查规范[S].

[7]DZ/T0219—2006,滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].