鲁甸县月亮湾水库溢洪道边坡稳定性及防治措施研究

马光猛 ，沙 斌

（昭通市水利水电勘测设计研究院,云南 昭通 657000）

1 工程概况

月亮湾水库位于云南省昭通市鲁甸县小寨乡牛栏江右岸的一级支流小寨河中游,是一座以农村人、畜饮水和农田灌溉供水为主,兼有下游村镇、农田防洪保护作用的中型水利工程,枢纽主要建筑物有大坝、溢洪道、输水隧洞,大坝坝型为混凝土面板堆石坝,最大坝高70.5 m,水库总库容2327.2 万m3。2014 年工程建设中溢洪道进口段边坡开裂变形,面积5500 m3,影响到溢洪道、大坝施工及运行安全,本文从边坡特性、降水、地震等影响因素综合分析,结合监测数据进行评价。

2 工程地质

2.1 地层岩性及构造

边坡处于水库右坝肩溢洪道右侧（见图1）,为斜～陡坡地形,自然坡度20°～32°,山顶高程约1735 m,相对高差161 m；边坡岩体岩性主要为三迭系下统飞仙关组下段（T1f）砂岩、泥质粉砂岩、泥岩呈不等厚互层,基岩节理裂隙发育,岩体风化较为显著,边坡属层状反向结构岩土混合边坡。

图1 边坡工程地质图

边坡斜穿f2断层,断层产状为N56°W ∠55°NE,破碎带宽1.5 m,位于溢横0+050.6 处。此外边坡节理裂隙发育,主要发育节理4 组,分别为N65°W ∠85°NE、N60°E ∠81°SE、N25°E ∠84°NW、N10°E ∠15°NW。

边坡水文地质条件较为简单,主要含水层赋存于三迭系下统飞仙关组下段（T1f）砂岩、泥质粉砂岩、泥岩岩体中的基岩裂隙水。

2014 年8 月3 日鲁甸县发生6.5 级地震,震中位于E103.3°,N27.1°,边坡距震中直线距离约23.5 km,边坡区位于本次地震烈度Ⅶ度区。

2.2 边坡变形特征

边坡经现场测绘发现共发育裂缝L1 与L2 （见图1）。裂缝L1 位于边坡变形体后缘,分布高程1654 m～1661.5 m,裂缝宽1 m～15 cm,走向N51°～85°W,该裂缝受断层f2及第一组卸荷节理裂隙控制；裂缝L2 位于溢洪道开挖三级马道及三级马道与四级马道边坡,分布高程1627.4 m～1642.4 m,裂缝宽0.2 cm～2 cm,走向N33°～68°E,该裂缝与第二、三组节理裂隙密切相关。边坡变形体前缘及底界为灰白色泥岩夹层,分布高程1618.3 m～1620.7 m,软化泥岩夹层厚4 cm～8 cm,泥岩上部砂岩体向坡外错动1 cm～5 cm。

裂缝具有如下特点：（1）裂面新鲜,张开度较大,无充填；（2）裂面陡倾,角度40°～88°；（3）裂缝主要受第一组节理控制,沿节理发育。边坡变形体平面上近似三角形,后缘长约74 m,面积约5500 m3,变形体方量约4.6 万m3,总体变形方向约N26°E,与溢洪道轴线斜交。

2.3 边坡变形监测

为监测边坡变形发展趋势,共布置监测点13 个,边坡上部监测点为TP01～TP10,中部监测点TP11、TP13 分别分布于高程1642.4 m 和1628.8 m 马道部位,边坡变形体前缘灰白色泥岩顶部监测点为TP12。监测点分布情况见图1,边坡变形监测位移曲线图见图2。

图2 边坡变形监测下沉位移曲线图

由监测数据看出边坡下沉位移量为24 mm～172 mm,其中边坡上部监测点下沉位移最大点为TP01,位移量为172 mm；边坡中部监测点下沉位移相等,位移量为27 mm；边坡变形体前缘灰白色泥岩顶部监测点TP12 位移量为24 mm。可以看出边坡岩土体监测点位移方向均为边坡临空面,表明边坡处于蠕滑状态,其边坡稳定性较差。

2.4 边坡稳定性分析评价

2.4.1边坡岩土体物理力学特征

边坡岩土体力学参数参考本工程岩土样试验成果及类比相似工程经验,参数建议值见表1。

表1 边坡岩土体物理力学参数建议值

2.4.2边坡稳定性定性分析

根据破裂结构面的规模及其影响,对工程区结构面进行分级[1]（表2）。

表2 岩体结构面分级标准

续表2

据实地调查表明边坡无Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ级结构面发育,Ⅲ级结构面仅见断层f2,断层产状为N56°W ∠55°NE,倾角,破碎带宽1.5 m；Ⅴ级结构面为节理裂隙。据边坡节理裂隙调查统计表明其裂隙发育规律性较好,产状结构清晰。

根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007）[2],采用极射赤平投影法进行边坡稳定定性分析。由图3 可知：第⑤组结构面为断层f2破裂面,产状陡倾,倾向与坡向基本相同,形成外倾结构面,为不利结构面；第⑤组容易与第①、②、③组陡倾节理组成不利组合形成拉裂面,结构面交点落入滑动区A,且边坡岩性中泥岩夹层为相对软弱层,当拉裂面向下扩展与软弱带贯通,岩体容易发生规模不等的倾倒拉裂破坏,因此边坡可能处于不稳定状态。

图3 边坡结构面赤平投影分析图

2.4.3边坡稳定性定量计算

根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007）,针对溢洪道边坡与水工建筑物级别的关系等因素,综合确定溢洪道边坡级别为3 级（表3）,边坡抗滑稳定安全系数标准见表4。

表3 边坡级别与水工建筑物级别对照关系

表4 稳定性计算工况

参考月亮湾水库岩土样试验成果及参考地区经验等综合确定岩土体物理力学参数（表5）,此外根据边坡定性分析可知边坡为潜在的三维楔形体破坏方式,因此采用理正软件计算边坡三维楔形体破坏下的稳定性状态,计算公式如下,计算剖面见图4,计算结果见表6。

表5 边坡岩土物理力学参数

图4 边坡A-A′工程地质剖面图

表6 边坡稳定计算结果表

通过稳定性计算结果可以看出：当边坡经历强降雨与地震因素共同作用时,其稳定性系数仅为0.95,远小于允许最小安全系数,边坡处于失稳状态。由于工程区雨季连续强降雨使边坡岩土体吸水饱和后力学强度显著降低,期间再受鲁甸“8·03”地震作用影响,使边坡岩土结构产生一定程度的变形破坏。综上两种因素共同作用下边坡产生失稳变形破坏。

3 治理方案

针对溢洪边坡变形体存在的主要问题,结合现状边坡的地形地质条件,边坡变形体治理方案如下：

（1）边坡从输水隧洞竖井公路平台高程1628.8 m 以上削坡至坡顶裂缝附近,开挖边坡为1∶1.2～1∶1.5。1628.8 m 高程公路平台开挖宽6.0 m,在1642.4 m 高程设置开挖平台,平台宽度根据实际地形为3 m～5 m。边坡进行挂φ6.5 钢筋网喷10 cm 厚C25 混凝土护坡。并在各级马道内侧和开挖边坡外沿设排水沟。对削坡减载后的溢洪道右侧边坡进行抗滑稳定复核,边坡稳定性计算采用理正岩土工程计算软件三维楔形体稳定分析进行计算。

表7 边坡削坡减载处理后稳定计算结果表

（2）对削坡减载后的边坡应复核稳定性计算结果,确保变形边坡已达稳定状态。同时,也应加强边坡变形监测工作。

（3）治理前后应做好预案及监测,加强地质灾害群策群防工作,加强区内地质生态环境保护,规范人类工程活动,避免人为诱发或加剧。

4 结论

通过边坡变形特征、变形破坏机制以及稳定性分析分析成果,溢洪道边坡在连续降雨使边坡岩土体饱和后力学特性降低以及鲁甸“8·03”地震是诱发该边坡变形的最直接因素,边坡坡体产生剪切-滑移变形破坏,依据“以防为主,防治结合,综合防治”的基本原则,对边坡进行削坡减载的处理方式,并结合挂网喷锚加固措施,加强溢洪道坡顶截、排水沟及开挖坡体中深孔排水措施,以确保溢洪道、大坝施工及运行安全。