窄口水库溢洪道右岸塌滑体安全评价

（河南省水利勘测设计研究有限公司 郑州 450016）

1 工程概况

窄口水库是一座以防洪为主兼顾灌溉，结合发电、养鱼、旅游、供水等综合利用的大（二）型水库。保护着下游灵宝市城区及沿河乡镇、陇海铁路、310国道、连霍高速公路以及主干光缆的安全，其地理位置极其重要。灵宝市仅位于坝址下游约23km处。窄口水库安全问题一直为各级领导、水库管理人员和设计单位所关注。水库加固前水库大坝心墙裂缝问题严重，大坝的上游边坡已经出现变形；溢洪道存在着右岸塌滑体下滑、非常溢洪道即自溃坝不能按设计要求自溃等泄洪威胁，对大坝的安全极为不利。本文仅对溢洪道右岸塌滑体的安全评价加以论述。

2 工程地质特征

溢洪道处及右岸基岩为震旦系安山岩，自然边坡较陡，断裂构造发育，岩石破碎，部分风化严重，特别是IF3、IF4等断层通过溢洪道右侧，倾向河谷方向，并且有一组大致倾向河谷的节理裂隙发育，倾角一般为25°～41°，这些断裂构造对边坡稳定十分不利。开挖溢洪道破坏了边坡的稳定状态，导致溢洪道闸室上游部分边坡塌滑，形成了南北长约240m，东西宽约140m，高差约80m的塌滑体。该塌滑体顶部高程约720m，前缘位于溢洪道翼墙及溢洪道进口上游平台（高程约642m）以上，后缘一般为陡坡。

2.1 地层岩性

在勘察区主要出露震旦系安山岩和第四系卵石、黄土及碎石土，现从老到新分述如下：

①震旦系安山岩（α）：深灰色，灰绿色，局部紫红色、浅红色，致密，坚硬，隐晶结构。灰色安山岩，具杏仁结构，含白色长石斑晶，可见气孔，孔径一般4～8mm，大者大于3cm；红色安山岩性脆，含红色长石斑晶。该层厚度大于200m。

②卵石（alplQ13）：成分主要为石英岩、片麻岩，粒径一般15～20cm，少量大于20cm，小砾石、黄土填充，局部夹多层黄土透镜体，一般为泥钙质微胶结。厚度2～4m。

③黄土（alplQ23）：浅黄～褐黄色，局部褐红色，垂直节理发育，具大空隙，含有钙质结核，局部富积成层，可见蜗牛壳。厚度10～30m。

④ 碎石土（dlQ4）：灰黄色，碎石含量60%～80%，成分主要为安山岩碎块，粒径一般3～8cm，大者可达20cm以上，棱角状，泥质、岩屑填充。厚度一般1～2m，局部5m左右。

2.2 地质构造与地震基本烈度

该区主要断裂构造有北西向、北东向和近南北向三组，IF3断层是该区最大的断层，对该区的断裂构造具有控制作用，其次是IF4、IF6等断层，这些断裂构造是塌滑体形成的内在因素。

受断裂构造影响，该区节理裂隙比较发育，面积裂隙率约1%。根据三处裂隙统计结果，裂隙倾角多大于60°，一般宽度1～3mm，最大宽度1cm左右，充填物多为泥钙质及岩屑，少数为方解石脉或无填充。

值得注意的是三个统计点均有走向NW，倾向SW的裂隙，这些裂隙的存在是塌滑体形成的一个重要因素。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），勘察区地震基本烈度为Ⅶ度。

2.3 塌滑体的滑动机理

从塌滑体的边界条件看，该塌滑体的形成受断裂构造控制，断裂构造是形成塌滑体的主要原因。山高坡陡、断裂构造发育、岩石破碎、风化严重、雨季地表水的渗入是造成塌滑体滑动潜在的重要因素。从塌滑体前缘位置来看，开挖溢洪道破坏了原来边坡的自然平衡状态，是产生塌滑的诱导原因。塌滑体仅限于强风化层厚度范围内滑动，厚度较薄，故该塌滑体属于浅层滑动新滑坡。

塌滑体及滑动面底物理力学性指标来自河南省水利勘测总队2001年10月编制的《灵宝市窄口水库右岸溢洪道塌滑体勘查报告》，是通过室内物理力学性试验得出，成果见表1。

由试验成果可知，IF3断层强度最低，是整个塌滑体的最薄弱面。

地球物理勘探—波速测试试验测得：碎石土纵波波速范围值V1=210～380m/s，平均值314m/s；安山岩纵波波速范围值V2=2200～3100m/s，平均值2520m/s。V2远大于V1，地震折射效果显著。

3 塌滑体稳定分析

3.1 塌滑体稳定计算一

塌滑体受IF3、IF6、IF4断层控制，IF3断层上陡下缓，塌滑体主要发生在断层上盘强风化带。由于岸坡高，坡度较陡，断裂构造发育，岩石破碎，风化严重，在地表雨（雪）水下浸泡后强度降低，上部沿断层产生坍（崩）塌，塌滑体沿弱风化基岩坡面滑动，堆积到坡脚。塌滑堆积物目前坡度45°左右。为了验证塌滑体的稳定性，取1m单宽进行稳定计算。采用窄口水库右岸溢洪道塌滑体地质剖面图Ⅳ-Ⅳ′，计算采用黄河勘测规划设计有限公司与河海大学工程力学研究所共同开发的“土石坝边坡稳定分析系统”（HH-Slope R1.0）中的滑楔法进行计算，方法为有效应力法。进行了两个工况的计算。

工况1：塌滑体饱和；工况2：7度地震。计算结果见表2。

对于岩质边坡，要求边坡抗滑稳定安全系数大于1.3～1.5，故滑坡体目前属于次稳定状态。塌滑体在饱水和7度地震情况下是不满足稳定要求的。

表1 物理力学试验成果表

3.2 塌滑体稳定计算二

在《灵宝市窄口水库右岸溢洪道塌滑体勘查报告》中对此塌滑体进行了稳定复核。采用《工程地质手册》（第三版）第597页6-2-33：

式中：

W1i—滑体下滑部分第i条块所受的重力（kN）；

W2j—滑体阻滑部分第j条块所收的重力（kN）；

∂i—滑体下滑部分第i条块所在折线段滑面的倾角（°）；

∂j—滑体阻滑部分第j条块所在折线段滑面的倾角（°）；

ϕ—滑动面上的综合内摩擦角（°）。

按库水位642m，取tgφ=0.5时，计算安全系数K=1.40，从计算结果看，在现状条件下，塌滑体及滑面在没有外因作用情况下，塌滑体南部IF3断层以上是稳定的，但对重要工程项目（应该取K＞1.5）来说,低水位时，其稳定系数略小。

另外，据钻孔钻探资料，钻孔孔口高程643.27m，孔深7.0～8.6m为IF3断层，岩芯破碎，为弱风化；孔深8.6～21.5m岩芯多为长度大于10cm的圆柱状，微风化，较完整；孔深21.5～51.0m岩芯亦较破碎，弱风化；孔深51.0～51.9m岩芯非常破碎，强风化；孔深51.9～60.0m岩芯亦较破碎，弱风化。下部岩芯破碎，特别是高程592.27～591.37m，接近河底，当其延伸到水库岸边时，受库水位变动影响亦产生塌岸问题，对库岸稳定十分不利。

4 对塌滑体周边围岩稳定性的预测

通过地质测绘，查明塌滑体北部及东部外围岩体分别处于IF4、IF6、IF3断层的下盘，断裂构造不发育，岩体比较完整，风化较轻。塌滑体顶部（东部）外围岩体除在特殊情况下会产生掉块滚石外，一般不会产生整体滑动问题。塌滑体北部外围岩体上部为卵石及黄土，且岸坡陡峻，存在坍（崩）塌问题。

塌滑体南部外围山体北、西、南三面临空，呈突出的山嘴，IF3断层上盘岩体断裂构造发育，岩石破碎，风化严重，其状况与塌滑区未开挖溢洪道引起塌滑前的状况相似，该处岩体在今后外界条件恶化时有产生塌滑的可能性。

5 塌滑体对溢洪道和水库的危害

5.1 塌滑体对溢洪道的危害

位于溢洪道上方的塌滑残留体、塌滑堆积物及北部陡崖在雨水冲刷、下渗及地震等不利条件下会继续崩塌滑动，堵塞溢洪道，影响泄洪，威胁溢洪道的安全运用。

表2 塌滑体稳定计算结果表

5.2 塌滑体对水库、灌溉发电洞及坝体的危害

溢洪道上游部分塌滑体及南部外围潜在的塌滑体均以水库库岸为临空面，今后若发生塌滑会淤积水库，减少库容。大量塌滑还会改变灌溉发电洞进口上游水流方向，甚至堵塞洞口，影响发电洞的正常使用，在水库高水位时还会因产生大的涌浪而危及大坝主题工程的安全运用。考虑在地震情况下，滑坡体失稳滑入水库情况，可能产生冲击大坝的波浪，可能会影响大坝安全。

6 结语

窄口水库下游23km处有灵宝市城区及陇海铁路、310国道、连霍高速公路等重要基础设施，位置十分重要。经复核，水库大坝现有高程、溢洪道泄流能力满足规范要求，但由于溢洪道进口右岸存在滑坡体，严重威胁泄洪安全，所以水库防洪安全性评定为C级。可见溢洪道右岸塌滑体对水库防洪安全评定中占着举足轻重的地位。建议尽快进行除险加固，确保窄口水库泄洪安全■