张峰水库库区黄家沟岸坡稳定性分析

卢建斌

（晋中市水文水资源勘测分局）

1 工程概况

张峰水库位于沁水县张峰村的沁河干流上，坝控流域面积4 990 km2，总库容3.94亿m3，属大（2）型水库，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物等级为2级。水库枢纽包括：拦河大坝、导流泄洪洞、供水发电洞和溢洪道等。设计洪水标准为100 a一遇，校核洪水标准为2 000 a一遇。坝顶高程768.3 m，最大坝高72.2 m，坝顶长638 m，正常蓄水位756.5 m，主要功能为城乡供水、农田灌溉、蓄水发电等。

张峰水库坝址地处沁水县郑庄乡张峰村下河北上游约500 m处，库尾至临汾市安泽县马壁乡东里村和西里村，水库在正常蓄水位情况下，回水长度约25 km。沁河河谷在库区内呈不对称型，河曲发育，呈典型的河流地貌特征，河床高程由坝址至库尾为700-760 m，河谷宽250-800 m。两岸山体宏厚，山顶高程均在820 m以上，为剥蚀侵蚀低中山区。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》中的图A1和《中国地震动反应谱特征周期区划图》中的图B1，水库及坝址区的地震动峰值加速度为0.10 g，地震烈度为7°，地震动反应谱为0.45 s。

2 潜在不稳定岸坡地质条件

张峰水库蓄水后，库区的土质岸坡易发生坍岸等重力侵蚀。库区岩质边坡一般分布在河流凹岸和顺直河段，基岩岸地面自然边坡一般为20°-60°，上部较缓下部较陡，近河床地段局部陡立，陡壁高约10-50 m。库区地层为三叠系下统刘家沟组（T1l），以棕红、紫红色细砂岩和粉砂岩为主，夹有薄层砾岩和泥岩，地层较平缓，局部受褶皱影响倾角变陡。据调查，左岸黄家沟基岩岸坡，岩层倾向河流，河流走向N10°-20°E，岩层走向N15°-30°E或N20°-30°W，倾向SW，倾角3°-16°。该处有一小型滑坡体，说明局部地段曾经发生过滑动，该处岸坡可视为潜在不稳定岸坡地段。左岸上伯候岸坡，情况类似，也可视为潜在不稳定岸坡。其余各段的岩质岸坡，岩层倾角平缓，岩体节理裂隙、风化等不甚发育，稳定条件较好，仅在局部小范围可能产生崩塌或掉块。

黄家沟潜在不稳定岸坡距大坝约12 km，位于黄家沟村附近的沁河左岸，河岸在此为侵蚀凹岸。该潜在不稳定岸坡可划分为两部分：上游潜在不稳定岸坡顺沁河方向长约600 m，宽约50 m；下游潜在不稳定岸坡，顺沁河方向长约300 m，宽约50 m。该岸坡南边存在一小型坍滑体，范围不大，其成因可能与荷载作用、河流淘蚀、冲沟及宽大裂隙的切割等因素有关。沁河河床的此处高程为732 m，左岸山顶高程大于850 m。山顶、山脊被第四系中更新统洪积（Q2pl）淡红色低液限黏土覆盖，岸坡及冲沟两侧，出露三叠系下统刘家沟组（T1l）的长石砂岩夹薄层砂质泥岩、泥岩和砾岩。据钻孔资料，岸坡由粉砂岩、细砂岩夹泥岩、砾岩组成，其中层底在高程740.6 m和737.2 m处，分别夹有1层厚1.60 m和0.60 m的紫红色泥岩，这两层紫红色泥岩在河床左岸下部陡立的岸坡处有露头，可视作潜在不稳定岸坡的软弱结构面。岩层产状N20°-30°W.SW∠3°-6 °，有三组节理裂隙比较发育：N20°-30°W.SW∠80°-90°，N40°-50°E.SE∠50°-60°和N0°-10°E.SE∠ 60°-70°。节理裂隙面平直光滑，隙宽1-20 mm，延伸长度大于3 m，裂隙间距0.5-3 m，大多无充填。

3 黄家沟岸坡稳定分析

黄家沟边坡产状大致为N20°E.NW∠50°，上述三组节理裂隙及岩层产状与边坡的赤平投影详见图1。

图1 黄家沟潜在不稳定岸坡各结构面赤平投影图

3.1 定性分析

由图1可知，各组节理裂隙在赤平投影图上的交点，位于坡面投影弧的另一侧，结构面交线倾向与坡面相反，说明这三组节理裂隙切割的岸坡岩体是稳定的。节理②与岩层产状在赤平投影图上的交点，位于坡面投影弧的外侧，说明交线倾角平缓，缓于坡面倾角。两组结构面交线在坡顶无出露，说明岸坡比较稳定。

3.2 定量分析

根据张峰水库库区综合地质图附图中的地质剖面，对岸坡稳定性进行初步验算。考虑到泥岩软弱岩层的存在，由此形成单一或多层软弱结构面，其岸坡坡度大于岩层倾角。

岸坡可能滑动的边界条件：①边坡倾向与岩层倾向一致；②存在软弱泥岩层，且在河床之上的岸坡有泥岩出露；③有大裂隙与冲沟的切割；④向河流方向存在临空面。

岩质岸坡岩体中的节理裂隙较发育，渗透性较好，所以不会产生太大水头的静水压力。加之岩质岸坡内也未发现有贯通性裂隙，因此，在定量计算时不考虑静水压力的作用。稳定系数计算采用下面的公式，按最不利的组合状态考虑，即在水库正常蓄水位情况下，岩质岸坡处于部分饱水状态，且产生泥化、软化，有地震力影响。

采用的岸坡稳定性验算公式：

式中：K——稳定系数；

γ——滑动岩体的天然重度，kN/m3；

γs——滑动岩体饱水后的重度，kN/m3；

γω——水的重度，kN/m3；

h——滑动岩（土）体的垂直厚度，m；

hs——滑动岩（土）体的饱水厚度，m；

c——滑带岩、土的凝聚力，kPa；

φ——滑带岩、土的内摩擦角，°；

α——滑动面的倾斜角，°；

ɑ——地震加速度，m/s2；

g——重力加速度，m/s2。

滑面c、φ值按照规范及对软弱夹层进行的试验确定。对于岩质边坡潜在的滑动面抗剪强度可取峰值强度。结构面按泥夹岩屑型考虑，该类结构面的摩擦系数f取值范围为0.35-0.25，c为0.05-0.02 MPa。据坝基中软弱夹层试验资料，其峰值强度c=0.02-0.022 MPa，f=0.28-0.34。由于岩质边坡未产生破坏，故一般取大值。综合考虑后，f取0.30，c取0.03 MPa。

滑体的γ、γs值参照坝址区岩块试验，取平均值26.3 kN/m3、26.5 kN/m3；α取6°；h取正常蓄水位范围内泥岩层以上的高度，考虑按30 m；hs取正常水位以下至泥岩层的厚度，考虑按15 m；a/g在7°地震时为0.1。

经计算，在水库正常蓄水位情况下，岩质岸坡处于部分饱水状态，有地震力影响时，岸坡稳定系数K=1.37。安全系数Ks值参照有关规范，采用1.10-1.25。鉴于该段岸坡未发现滑动过，其侧缘、后缘存在一定的摩阻力，安全系数按最大1.25考虑。计算结果表明，按最不利的组合状态考虑，稳定系数K值大于安全系数Ks。所以，此处边坡是稳定的。

4 结语

分析结果表明，张峰水库库区黄家沟一带岸坡总体上是稳定的，仅会产生小规模的局部坍塌或掉块。此外，黄家沟下游小型坍滑体基本处于正常蓄水位以下，且范围很小，对水库运行不会产生太大影响。