某水库库内崩塌体蓄水后稳定性分析

肖 胶，罗 平，夏延檐

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550002）

某水库位于贵州省毕节市黔西县西溪河上,水库坝址位于黔大高速与成贵高铁之间峡谷河段,水库正常蓄水位1287.0 m,总库容4669 万m3,工程规模为中型, 最大坝高153 m,水库功能主要为向黔西县城供水兼左岸农田灌溉。水库近坝库首段为狭窄河谷地形,库区中部地形相对较缓,崩塌体位于库首段右岸天仙桥小河与干流交汇处。水库正常蓄水位位于崩塌体中上部,蓄水后可能会引起崩塌体变形失稳,对水库运行安全造成影响。本文主要通过分析崩塌体地质条件,稳定性计算,来对其蓄水后整体稳定性进行判断和评价。

1 地质概况

崩塌体位于库首右岸天仙桥小河与干流交汇处上游右岸陡崖下部,距坝址约1.7 km～2.1 km,分布高程为1190 m～1330 m,河谷及两岸地形开阔,坡度20°～45°,1300 m 高程以上地形变陡,在崩塌体后缘形成陡崖地形,同时在该部位底部形成沟槽,岸坡覆盖层为崩塌块石、残坡积粘土夹碎石,下伏基岩为三叠系下统永宁镇组第一段T1yn1灰岩,属硬质岩地层,底部为三叠系下统夜郎组第三段T1y3砂泥岩,后者属软质岩层,组成上硬下软地层结构。岩层产状为178°∠10°,边坡结构为横向坡。地下水主要为降雨补给,排泄基准面为河床。

2 崩塌体特征

如图1,崩塌体平面上呈“树叶”状,长轴近南北向,南起天仙桥小河汇口,北延700 m 至河流拐弯处,前缘高程1190 m,下部平均坡度35°,上部平均坡度60°,靠近河床,下部地层为相对软弱的泥岩形成软垫层,河床深切过程中,软垫层受切临空,其上覆硬质岩体因重力作用产生整体变形滑移而造成上部岩体拉裂,局部倾倒,但仍基本保持整体形态,岩体拉裂造成崩塌体后缘与T1yn1岩组分离后形成的沟槽长达200 m～300 m,宽30 m～50 m,沟深10 m～15 m 不等。崩塌体后缘岩石组成主要为灰岩,其母岩属T1yn1岩层,呈整体滑移变形,岩层结构及完整性均较好,滑移体前缘部分组成物主要为杂乱分布灰岩块石。崩塌体沿河流方向长约400 m,宽度40 m～120 m,平均宽度约70 m,面积约2.8 万m2。针对该崩塌体布置了5 个勘探钻孔,根据钻孔揭露,该塌滑体最大厚度为26 m 左右,平均厚5 m 左右,估算方量约14.0 万m3。

图1 崩塌体地质平面图

3 崩塌体变形分析

3.1 崩塌体变形特征

经地表地质调查崩塌体没有明显的变形迹象,整体稳定,受因长期风化卸荷影响,局部出现变形破坏,以崩塌掉块为主,块石大小一般20 cm～60 cm,块石组成为永宁镇组第一段T1yn1灰岩,含少量碎石土,大块石表面覆有苔藓,可判断其掉落年代久远,不属于临近时期变形的结果。

3.2 崩塌体不稳定因素

崩塌体形成的基本条件有地形地貌、地质构造、岩土类型,诱发因素有地震、降水、水流冲刷、水体浸泡、人类活动等。该崩塌体地形陡峭,大部分坡度超过45°,岩性为T1yn1灰岩,浅表层发育节理卸荷等风化现象,主要受到的诱发因素有降水和水体浸泡等,该地区地震动峰值加速度0.05 g,地震动反应谱特征周期为0.35 s,相应的地震基本烈度Ⅵ度,区域构造稳定性好,地震因素影响小。现崩塌体状整体稳定,变形失稳的原因基本都是由于现状条件发生变化,打破原有的平衡,由于大部分位于正常蓄水位以下,水库蓄水后引起地下水位抬升,内水压力增大致使其岩体物理力学性质变差,从而造成崩塌体变形失稳；同时该区降雨频发,暴雨或长时间降雨造成地表水入渗,造成崩塌体内水压力增加,岩体物理力学性质变差,从而造成崩塌体变形失稳,两种失稳原因都是其水文地质条件发生了变化。

3.3 崩塌体稳定性宏观评价

如图2,该崩塌体已形成有较长时期,地形地貌和水文地质条件已处于平衡状态,崩塌体稳定性较好,现状条件下不会产生变形和失稳,水库蓄水会改变崩塌体原有的水文地质条件,造成稳定性变差。根据目前崩塌体地质环境和变形现状,宏观分析现状条件下崩塌体处于稳定状态。

图2 崩塌体地质剖面图

4 崩塌体稳定性评价

崩塌体稳定性主要从空间形态、边界条件、物质组成和水文地质条件、变形现状、稳定性计算几个方面分析和评价。

4.1 空间形态

崩塌体地形起伏,下缓上陡,下部地形坡度20°～35°,中上部地形坡度30°～55°,在崩塌体后缘形成陡崖,后缘陡崖底部分布崩塌体与陡崖形成沟槽,长约250 m,宽约40 m,深20 m 左右。

4.2 边界条件、物质组成与水文地质条件

通过勘察阶段钻孔揭露崩塌体最大厚度为26 m 左右,平均厚5 m 左右,估算方量约14.0 万m3。主要成分为杂乱分布灰岩块石含碎石土,块石大小不一,一般直径小于60 cm,松散堆积,为透水层,有利于地下水排泄,排泄最低高程为河床高程1205 m。

4.3 变形现状

目前崩塌体除局部有小规模岩块崩塌外整体稳定,未发现明显变形现象,且附近无大型工程建设,未受到大的人类活动影响。

4.4 稳定性计算

崩塌体为岩质边坡,类型为层状结构且不同地层的抗剪参数有较大区别,根据其结构特点采用《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007）推荐摩根斯顿－普赖斯法公式计算,由于崩塌体为上硬下软地层结构,边坡容易沿灰岩和泥质灰岩接触面发生滑移或变形,故主要分析上部灰岩的稳定性（见表1）。

表1 崩塌体岩土物理力学参数

1）正常运用条件

沿着沿灰岩和泥质灰岩接触面（层面）,使用极限平衡法计算在正常运用条件下的稳定性,在正常运用条件,水位降

落的工况下,水位从正常蓄水位降落至死水位（1205 m）,由于陡崖上部裂隙发育,水位按原水位斜率考虑,水位1250 m至1213 m 降落时的的水位线贴近土石分界线,计算结果见表2；另外按孔隙压力系数为0.1 进行计算,水位1287 降落至1213.0 m 的稳定性系数为1.088（见图3）。即水位变化对边坡影响较大。

表2 崩塌体稳定性计算成果

图3 稳定性计算剖面(极限平衡法)

2）非常运用条件I 的稳定性

沿灰岩和泥质灰岩接触面（层面）,在非正常运用条件I下的稳定性（极限平衡法）：由上述计算可知,剖面的稳定性系数在正常运用条件下和非常运用条件I 条件下,稳定系数大于1,均都能完全满足规范要求,但需要控制降落时的水位降幅。

5 结语

（1）从崩塌体稳定性分析来看,认为该崩塌体整体稳定,出现变形失稳的可能性小,水库蓄水后水位下降过快会引起变形失稳,需要控制水位降幅。

（2）该崩塌体正常运用和非常运用条件下的稳定性均能满足规范要求,需要对崩塌体变形监测,若崩塌体变形过大造成破坏,需对其进行工程处理措施。

（3）自然状态下崩塌体整体稳定,通过分析计算不同水位及水位降落工况下崩塌体状态,对其稳定性评估具有重要意义。

（4）该地区地震动峰值加速度0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35 s,相应的地震基本烈度Ⅵ度,区域构造稳定性好,地震诱发崩塌体变形失稳的可能性小。

（5）在崩塌体的宏观稳定评价基础上进行稳定性分析计算,确保结果更加准确。

（6）在工程实践中,对崩塌体的宏观判断很重要,稳定性计算分析为宏观判断提供理论依据。