山西屯絳水庫大壩下游壩坡表面滑脫原因分析

計慶寶

1 工程概況

山西省屯絳水庫位于濁漳河南源支流絳河上，地處屯留縣河神廟鄉(xiāng)店上村西，于1958年1月動工興建，當(dāng)年8月建成蓄水。水庫1963年進行了樞紐工程改造，重建了灌溉泄洪洞，增設(shè)了右岸溢洪道(1958年所建左岸土基上溢洪道作為非常溢洪道)，改建了壩下放水洞。1989年對大壩、溢洪道進行了除險加固改造(溢洪道加設(shè)閘門、大壩加高培厚)。壩址以上流域面積405.3 km2，總庫容3770萬m3，是一座以防洪為主，兼灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、工業(yè)供水等綜合利用的中型水庫。水庫現(xiàn)狀運用洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計，1000年一遇校核。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)山峰高程1120 m，河谷高程952 m。絳河為濁漳河南源的一條最大支流，發(fā)源于屯留、安澤交界處太岳山脈，由西向東橫貫屯留縣全境，最后注入濁漳南源的漳澤水庫，河流長81.2 km，總流域面積887.4 km2，水庫控制流域面積405.3 km2，占總流域面積的45.6%。絳河屬于常年性流水河流，多年平均流量5220萬m3。水庫區(qū)地貌特征為剝蝕侵蝕中低山區(qū)與梁狀黃土陵。壩址區(qū)地貌為河谷和二級階地。

2.2 地層巖性

大壩段河床高程約950 m，覆蓋層上部為第四系全新統(tǒng)沖洪積淺黃色含礫低液限粘土層夾粉土質(zhì)砂層，厚1 m～5 m。下部為第四系上更新統(tǒng)洪積灰黑、棕黃色低液限粘土，厚5 m～20 m。壩基含礫低液限粘土層夾粉土質(zhì)砂層，礫石成分為砂巖、泥巖，粒徑一般3 mm～55 mm，含量約30%～40%，粉土質(zhì)砂層呈薄層狀和透鏡體狀。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)位于呂梁太行斷塊沁水塊坳的沾尚～武鄉(xiāng)～陽城北北東向褶帶的中部，西部與郭道～安澤近南北向褶帶相連，東部與娘子關(guān)坪頭坳緣翹起帶和長治新裂陷接壤。區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架受北北東向褶帶控制，由次級軸向近南北向?qū)捑彽谋承毕蛐苯M成，軸長度一般3 km～15 km，褶曲兩翼巖層傾角4°～18°，呈平緩褶皺或開闊褶皺。區(qū)內(nèi)地震受新構(gòu)造運動制約。從新構(gòu)造運動分區(qū)看，庫區(qū)處于平緩隆起拱形構(gòu)造區(qū)，即晉東南拱形構(gòu)造帶內(nèi)。東部與長治新裂陷區(qū)相鄰，直線距離約40 km。水庫周邊地震歷史記載，長治新裂陷區(qū)4級以上地震有2次，即屯留縣城南4.75級(1497年2月17日)，潞城4級(1965年9月4日)。在平緩隆起拱形構(gòu)造區(qū)，武鄉(xiāng)縣城北5級(1890年)一次。庫區(qū)內(nèi)沒有地震記載資料，地震活動較平靜。本區(qū)地震動峰值加速度值為0.05，地震基本烈度為6度，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

2.4 地下水

根據(jù)地下水的賦存條件，區(qū)內(nèi)地下水可分為碎屑巖類裂隙水和松散巖類孔隙水。碎屑巖類裂隙水含水巖組為中生界三疊系下統(tǒng)劉家溝組()、和尚溝組()紫紅色中厚層細粒長石砂巖、粉砂巖。相對隔水層為粉砂質(zhì)泥巖及泥巖層。碎屑巖類裂隙水以泉水側(cè)向補給河水形式排泄。松散巖類孔隙水主要賦存于河床、河漫灘及山坡第四系洪沖積細粒、粗粒類土層中。地下水由兩岸向河谷、由上游向下游排泄。地下水的補給來源主要接受大氣降水和河谷兩側(cè)碎屑巖類裂隙水補給。

3 下游壩坡表面滑脫原因分析

3.1 壩體土的組成與性狀

3.2 壩體填土物理力學(xué)性質(zhì)

3.3 下游壩坡表面滑脫原因分析

1993年8月，暴雨過后主壩下游壩坡出現(xiàn)4處面積約100 m2的表層滑脫現(xiàn)象，滑脫深度大約0.2 m～1.2 m。2007年7月暴雨后，主副壩下游壩面再次出現(xiàn)表層滑脫現(xiàn)象，受損面積超過4000 m2。根據(jù)鉆孔和豎井勘探資料，對壩坡滑脫原因分析如下:

1)壩體浸潤線變化原因。壩體浸潤水位曲線隨庫水位整體變化大。以2008年4月8日庫水位973 m時樁號0+270 m處橫剖面為例進行說明，大壩上游高程約977 m處浸潤線水位為970.26 m，大壩中軸線部位浸潤線水位為967.4 m，大壩下游高程974.23 m處浸潤線水位為966.23 m，高程966.58 m處浸潤線水位為958.29 m，高程961.74 m處浸潤線水位為950.64 m。總體來看，壩體浸潤線分布在新舊壩體接觸面附近。然而，大壩下游壩坡分布的豎井SJ08-2，SJ08-3中，在開挖深度3 m范圍時均可見后續(xù)培厚填筑土層中較欠密實填土層內(nèi)有水滴滲出，土體含水率大，井底有積水現(xiàn)象。其出水高程與浸潤線水位高程大約有8 m的高差，由此說明新壩體土局部部位浸潤水位紊亂，或者說浸潤水位在新壩體中存在沿壩體欠密實土層水平方向滲流的勢態(tài)，導(dǎo)致后續(xù)培厚填筑較欠密實土層含水率高，在局部容易形成飽和土體帶。2)下游壩坡后續(xù)培厚填筑土層土體均勻性差。分析原因是1989年對大壩進行加高培厚過程中填筑土層過厚而碾壓力度不夠造成的。從而形成了后續(xù)填筑土層中出現(xiàn)致密土層和較松散土層呈互層狀現(xiàn)象，再加上壩坡表面邊坡處欠壓實土層清除力度不足，壩坡土層表層較松軟，又無防水護坡處理，當(dāng)?shù)乇硭荒芗皶r排泄時便形成了局部壩體土表層的飽和現(xiàn)象。另外，下游壩坡表層用碎石和卵石鋪蓋，并由所插塊石將整個壩坡分隔成為“×”形小區(qū)塊，對壩坡上水流的下泄有一定的阻隔作用，因壩坡排水不暢，使水流在馬道上部匯集，也容易在下游壩坡形成局部飽和土體帶。3)壩坡坡度較陡。壩坡從壩頂至第一級馬道呈上陡下緩的趨勢，當(dāng)壩坡下部局部土層飽和后，支撐力不足，上部土體沿飽和土層軟弱帶剪切產(chǎn)生重力滑脫現(xiàn)象。在汛期，遇到暴雨時，由于降雨量大，降雨時間集中，壩坡排水不暢，降水入滲，形成軟弱帶，上部土體在重力作用下沿軟弱帶易發(fā)生表層滑脫現(xiàn)象。1993年8月和2007年7月曾降過兩次暴雨，這兩次暴雨強度大，2 h降水量分別達到70 mm和90 mm，暴雨過后大壩下游壩坡出現(xiàn)多處表層滑脫現(xiàn)象，壩坡滑脫厚度最大不超過1.2 m。

4 結(jié)語

造成下游壩坡表面脫落的原因主要就是壩體浸潤線變化、下游壩坡后續(xù)培厚填筑土層土體均勻性差和壩坡坡度較陡。建議對壩體進行必要的工程處理，對壩坡進行護坡整治，清除“×”形分布插石，設(shè)置防滲措施，進行壩坡排水設(shè)施整治，以防止降水入滲進入大壩土體，保證壩體土的穩(wěn)定性。