某水电站库首右岸边坡稳定分析

柯春琴 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

1.工程概况

某水电站位于广西隆林县和贵州安龙县界河南盘江下游河段上，为大型引水式水电工程，工程以发电为单一目标。库首右岸边坡为天生桥峡谷出口至坝索峡谷进口的一段凹岸边坡。由于进入汛期以来该地区连降暴雨，库首右岸工期程区外二层公路以上4～6号冲沟间边坡约900m高程以上发生塌滑，形成小型泥石流，漫过三层公路，冲向下部大坝公路，并冲毁工程区围墙和原有部分支护措施，进入下部一层公路，虽未影响工程区枢纽建筑物，但对枢纽附属建筑物及工作人员人身安全构成威胁，应对本边坡进行稳定性分析及边坡治理设计。

2.边坡工程地质条件

库首右岸为凹岸，岸坡为弧形，弧线长约1.1km，坡高465m，自然坡角25～40º，坡上发育8条冲沟，以1#、3#冲沟发育规模较大。在坡腰（790～860）高程有一倾斜台面，倾向上游河床，台面后缘为一陡壁，高50～70m，长400～600m，坡面不甚整齐，常有鼻梁状山包及凹槽出现。

库首右岸边坡区主要分布T2j2-3砂页岩，主要构造为近东西向分布的田堡复式向斜，其中包含7个连续展布的褶曲。F2断层从田堡大陡壁脚通过，穿过3#冲沟向西延伸，在林场口与F3断层斜接。F9断层沿3#冲沟直下河床，通过坝索向下游延伸，边坡上多为压性走向断层，倾角变化大，一般呈锯齿状，破碎带宽0.1～0.5m，胶结较差，遇水易泥化。第四系为：坡积粘土夹碎石，分布于边坡之上，厚5～10m，坡脚及陡壁厚达20～40m。积物以卵砾石、沙，分布于河漫滩上，厚3～8m。洪积物为块碎石夹粘土，厚10～20m，分布于冲沟出口。

边坡区新鲜的泥页岩、砂岩基本上可视为不透水层，地下水位线位于强风化带中，其形状与强风化下限大体一致，地下水主要为埋藏于强风化带中的裂隙水。在1、3#冲沟中终年有水流出，而4#、5#、6#冲沟中除雨季有沟水流出外，平常沟内无水，在3、6#冲沟之间的山坡岩石较破碎，地表水易于渗入地下，地下水埋藏较深，边坡区仅在6#冲沟出口处左侧河边有一泉水沿裂隙及层面流出。由于边坡岩体较破碎，地表水易渗入地下，地下水位线随季节变化在强风化带下限位置上下变动，为基岩裂隙水，排泄条件良好。

3.边坡稳定计算方法及参数

根据现边坡已滑落部位，选取四个典型剖面对其进行相应的稳定性分析，即A、B、C、D剖面，其中A、B剖面主要代表现已塌滑部位，C、D剖面代表滑落左右侧边坡部位。

计算采用理正岩土工程计算分析软件中的“边坡稳定分析”模块进行，分为两种计算工况，（1）持久工况；（2）短暂工况，即暴雨工况。因该边坡不属于工程区边坡，发生滑动后，不会对工程带来影响，仅会对工程区附属建筑物带来影响，依据《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T 5353-2006），边坡等级定义为Ⅲ级。边坡持久工况下设计安全系数不小于1.1；短暂工况下设计安全系数不小于1.05。

3.1 计算假定

（1）暴雨工况水压力计算采用总应力法，不考虑渗透压力。

（2）暴雨工况考虑土体完全饱和，但不考虑其处于水下，土体容重取饱和容重。

（3）该区域地震烈度为VI度，计算时不考虑地震作用。

（4）内部浅层滑动采用最小安全系数试算方法进行搜索。

3.2 计算参数

根据电站设计报告资料，并结合本次滑坡的实际情况，确定滑坡分析采用下列参数：

（1）坡积粘土夹碎石

天然工况：抗剪摩擦系数f=0.38，粘聚力C=86KPa

暴雨工况：抗剪摩擦系数f=0.35，C=55KPa

容重=2.1 g/cm3

（2）强风化砂页岩

天然工况：抗剪摩擦系数f=0.42，粘聚力C=250KPa

表1 典型断面边坡稳定计算表

暴雨工况：抗剪摩擦系数f=0.40，粘聚力C=200KPa

容重=2.3 g/cm3

3.3 稳定性分析

（1）滑坡体结构特征。滑坡发生在4#、5#冲沟上部，滑坡体垂直南盘江发育，主滑方向为N25～40°W，平面上呈锥形，纵向长约243m，横向长约（沿南盘江）宽72m，推测滑坡体厚度约23m左右，滑坡后缘位于山脊部位，高程约1022m；前缘分布在田堡向斜轴部陡壁脚，高程约840m，该处为一宽缓平台，原施工房屋分布其上。

滑坡体上游侧为大陡壁，基岩裸露；下游侧为覆盖层，为坡耕地，为粘土夹碎石，厚度2～5m。根据现场查看分析，产生本次滑坡的因素较多，主要是由于山体上部堆积体及蠕变岩层因风化作用逐渐松动变形，在汛期雨水的浸泡下，当岩体力学性能不能满足其自稳要求时，蠕变带上部变形弯曲岩体产生了切层滑动，并带动坡积物顺层滑动，导致下部覆盖层由于超载而产生变形滑动。

（2）滑坡体成因分析。据原勘测资料，库首右岸边坡由T2j层状砂岩与页岩及松散土石组成，在自重应力和残余构造应力的长期作用下，形成一个由各种复杂变形组合的复杂蠕变体，蠕变体分布范围从河边至1000m以上分水岭，在沿河方向上从1#冲沟至7#冲沟，长度约1km，水平深度30～50m，部分位置深达100m，其成因与山体被河流、山体分布的岩性、构造的力学性质有明显的联系，边坡变形破坏的形式主要有：

①覆盖层滑坡：主要发生在冲沟两岸的坡积物中，系边坡自然形态改变而产生的滑坡，此类滑坡多为近代滑坡。

②顺层及切层滑坡：在田堡以南F2断层下盘800m高程以上，岩层倾角50～60°的同向顺层大陡壁上，发生过10多处顺层滑坡。在3#冲沟左侧二层公路上750～820m高程，产生沿反倾向裂隙切层滑动的切层滑坡。

③剥落：在边坡岩体裸露的陡壁脚或坡角，分布岩体风化剥落的堆积体。

④岩层倾倒变形：在田堡以南大陡壁及D-23平硐口附近以及冲沟两侧的岩质边坡上。

⑤全风化带岩体蠕变弯折：这是一种被坡积物掩藏的坡体岩层倾倒变形破坏的进一步发展。

⑥强风化带岩体张裂松动破坏：在边坡10～50m水平厚度的岩体中，产生了顺层的及追踪构造裂隙而产生的各种长短不一、宽窄不一、深浅不同的张开裂缝，最长达10多米，深达10余米，走向N10～30°E，陡倾角，造成岩体局部架空。

根据现场查看分析，产生本次滑坡的因素较多，主要是由于山体上部堆积体及蠕变岩层因风化作用逐渐松动变形，在汛期雨水的浸泡下，当岩体力学性能不能满足其自稳要求时，蠕变带上部变形弯曲岩体产生了切层滑动，并带动坡积物顺层滑动，导致下部覆盖层由于超载而产生变形滑动

（3）计算结果。计算结果表明，现滑坡部位整体处于稳定状态，但其内部局部浅层处于极限平衡状态，安全系数仅为0.952，边坡在以后的强降雨情况下有可能再次发生变形或滑动，因此，需对该部位进行相应的加固治理。现已滑部位左右两侧边坡各工况下安全系数均满足设计要求，边坡发生滑动的可能性较小，可不单独进行加固处理，与已滑动部位边坡连接处可适当进行治理（见表1）。

4.结语

（1）首部右岸边坡失稳主要汛期雨水造成边坡地质力学参数降低，上部堆积体及蠕变岩层不能满足自稳要求所引起的，边坡受水的影响较大。

（2）首部右岸边坡整体稳定性较好，边坡变形破坏形式较多，主要以浅层破坏为主，局部易发生变形失稳。

（3）为防止边坡局部失稳给工程运行带来影响，应对边坡进行加固治理。