河口村水庫(kù)工程龜頭山古滑坡體穩(wěn)定性研究

□褚青來(lái)（河南省河口村水庫(kù)建設(shè)管理局）

□叢曉明（建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司）

1.前言

壩址區(qū)位于河口村以上，嚇魂灘與河口灘之間，長(zhǎng)約2.5km。河谷呈兩端南北向、中間近東西向的反“S”形展布。兩岸谷坡比較完整，在反“S”形兩轉(zhuǎn)彎處，左岸有老斷溝、右岸有余鐵溝以懸谷形式與主河道相交。老斷溝與主河道交匯處高程210m，余鐵溝與主河道交匯口處高程220m。河床水面高程168～178m，縱坡比降4‰。

壩址區(qū)河谷為U型峽谷，谷坡覆蓋層較薄，大部分基巖裸露。谷底寬度100～180m，在正常蓄水位283m時(shí)，河谷寬度440～650m。由于組成河谷的巖層軟硬相間，使兩岸谷坡陡緩不同，呈臺(tái)階狀。

龜頭山滑坡體位于庫(kù)區(qū)的正常蓄水位影響范圍內(nèi)，水庫(kù)建成運(yùn)行后，庫(kù)水位的變動(dòng)對(duì)坡體的安全性勢(shì)必存在影響，基于穩(wěn)定分析理論，對(duì)幾種運(yùn)行工況下坡體的安全性進(jìn)行了計(jì)算分析，對(duì)水庫(kù)安全運(yùn)行有技術(shù)支持。

2.地質(zhì)概況

龜頭山山體在穩(wěn)定分析區(qū)內(nèi)被兩個(gè)構(gòu)造斷裂所切割。北部岸邊為F11逆掩斷層，出露高程在180～230m之間，走向NW300°～310°，傾向SW，傾角20°～27°，切割于山體的中下部。南部為五廟坡斷層帶（F6、F7、F8），走向NW270°～280°、傾向SW、傾角45°～87°。由于兩條斷層（F11與（F6、F7、F8））的傾角不同，約在高程108m處相交，形成兩斷層間山體呈一不規(guī)則的三角楔形體。

龜頭山古滑坡堆積物（delQ3）：巖性為破碎松動(dòng)巖體、巖塊及碎石，局部鈣質(zhì)膠結(jié)，厚10～40m，分布高程260～300m。古崩塌堆積物(colQ3)：巖性為巨型鮞狀灰?guī)r巖塊及碎石，局部鈣質(zhì)膠結(jié)，分布高程220m以上。沁河余鐵溝古河道堆積物(al+dlQ31)：底部為卵石及粉砂，上部為坡積巖塊、碎石及壤土，厚約30m，分布高程245m以上。Ⅲ級(jí)階地堆積物(al+dlQ31)：砂卵石、碎石夾粘性土。全新統(tǒng)（Q4）：坡積、洪積巖塊、碎石及壤土（dl+plQ4）。Ⅱ級(jí)階地堆積物（alQ41）：下部為砂卵石夾粘性土，上部為壤土。Ⅰ級(jí)階地堆積物（alQ42）：下部為砂卵石層，上部為壤土。河床堆積物（alQ43）：巖性為含漂石砂卵石層夾粘性土及砂壤土，最大厚度47.97m。

3.分析原理

Janbu法是一種既滿足力和力矩平衡條件，又可用于任何形狀的滑動(dòng)面的較精確的方法，其特點(diǎn)是假定條塊間水平作用力的位置。因而每個(gè)條塊都滿足全部靜力平衡條件和極限平衡條件，滑動(dòng)體的整體力矩平衡條件也得到滿足。

計(jì)算中，考慮最復(fù)雜的情況：即計(jì)算塊體為多地層，同時(shí)有地震力和地下水作用，從而比一般的計(jì)算公式考慮更為全面。從滑體中取出任意條塊i進(jìn)行分析，圖1為其受力條件。

圖中，條塊的側(cè)面分別有法向力Pi、Pi+1和切向力Hi、Hi+1，hi、hi+1為法向力到滑面底的距離。則根據(jù)圖1有以下推導(dǎo)：

由∑Fx=0,得

由極限平衡條件，設(shè)穩(wěn)定系數(shù)為Fs，則有

圖1 Janbu法條塊作用力分析圖

從而可得到

對(duì)條塊側(cè)面的法向力P，顯然

(6)代入(5)得到

其中mi=(1+tgφitgθiFs)cos2θi。

由于ΔH未知，對(duì)滑面中點(diǎn)取矩∑Mi=0，則得到

4.計(jì)算分析工況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及理論分析選擇沿滑坡體潛在可能滑動(dòng)方向上的代表性剖面即二壩線剖面，進(jìn)行滑坡體穩(wěn)定計(jì)算。根據(jù)二壩線工程地質(zhì)剖面圖和滑坡體分布位置，選取左岸邊坡建立滑坡體極限平衡分析的模型，如圖2所示。

圖2 二壩線工程地質(zhì)剖面圖

地質(zhì)報(bào)告中提供的古滑坡體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，選取以下工況對(duì)古滑坡體穩(wěn)定性進(jìn)行極限平衡分析：工況一：正常蓄水位275m；工況二：正常蓄水位275m＋地震。

5.結(jié)果分析

計(jì)算結(jié)果表明：自然狀態(tài)下，滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)在自然狀態(tài)下考慮地震作用時(shí)，滑坡體的穩(wěn)定性大大降低，穩(wěn)定性系數(shù)為0.840＜1.0，趨于失穩(wěn)；蓄水過(guò)程中由于水對(duì)坡體的以上不利作用，隨著蓄水位的升高，滑坡體浸水面積的增加和孔隙水壓力的升高，滑坡體穩(wěn)定性是逐漸降低的。正常蓄水位275m+地震工況下滑坡體的穩(wěn)定性大大降低，趨于失穩(wěn)，其穩(wěn)定性系數(shù)比自然狀態(tài)＋地震工況下的穩(wěn)定系數(shù)更低，說(shuō)明蓄水改變了坡體的滲流場(chǎng)，使得庫(kù)水波動(dòng)影響范圍內(nèi)坡體浸潤(rùn)線抬升，孔隙水壓力升高，不利于邊坡的穩(wěn)定，加之地震作用產(chǎn)生了超孔隙水壓力，更加不利于邊坡的穩(wěn)定，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在正常蓄水位275m驟降至267m工況下，由于庫(kù)水驟降產(chǎn)生了順坡向的動(dòng)水壓力，從而增大了下滑力，對(duì)邊坡穩(wěn)定性尤為不利，驟降幅度越大越不利于邊坡的穩(wěn)定。計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

表1 古滑坡體物理力學(xué)參數(shù)建議值表

圖3 計(jì)算典型結(jié)果

6.結(jié)論

計(jì)算結(jié)果表明在蓄水前及正常蓄水情況下，古滑坡是穩(wěn)定的，在考慮地震作用時(shí)，滑坡體的穩(wěn)定性大大降低，穩(wěn)定性系數(shù)為0.840＜1.0，滑坡已經(jīng)失穩(wěn)。因此，龜頭山古滑坡考慮到安全性的需要，在特殊情況下穩(wěn)定性受到影響，應(yīng)進(jìn)行加固處理，確保水庫(kù)的安全運(yùn)行。

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