匯源水庫壩肩巖體穩(wěn)定分析

陳偉龍

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

匯源水庫壩肩巖體穩(wěn)定分析

陳偉龍

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

水庫壩肩巖體的穩(wěn)定性關(guān)系到整個水庫大壩的安全與質(zhì)量，因此，進行壩肩巖體穩(wěn)定性分析具有十分重大的意義。根據(jù)匯源水庫左右壩肩現(xiàn)狀，對壩肩巖體穩(wěn)定性進行分析，并結(jié)合赤平投影法及極限平衡法對左壩肩巖體進行了較詳細的分析評價，并提出相應(yīng)的結(jié)論及建議。

巖體穩(wěn)定；赤平投影法；極限平衡法

1 工程概況

匯源水庫工程位于晉城市陵川縣馬圪當鄉(xiāng)郜莊村附近的武家灣河干流上，是武家灣河上的一座防洪兼顧發(fā)電的小型梯級水電站。現(xiàn)狀大壩為漿砌石拱壩，壩高27.9m，壩頂長114.36m，泄洪形式為壩頂溢流，溢流壩長56.5m。武家灣河由門河、磨河匯聚而成，屬海河流域衛(wèi)河水系，發(fā)源于陵川縣古郊鄉(xiāng)的窄棱坡、八犢嶺一帶，出境后流入河南省輝縣市平甸鄉(xiāng)匯入衛(wèi)河。

2 工程地質(zhì)條件

匯源水庫工程壩址位于郜莊村處的武家灣河上，其在壩址區(qū)流向自北向南，主河床靠近左岸，谷底寬50～80 m。兩岸均為基巖岸坡，左岸下部陡峻，坡度70°～80°，上部較緩，坡度20°～35°；右岸下部略陡，坡度50°～65°，上部較緩，坡度25°～35°；河谷斷面呈不對稱“U”型。

壩址區(qū)發(fā)育地層主要為元古界震旦系上統(tǒng)灰白、灰紫色石英巖狀砂巖，中厚-巨厚層狀，中-粗粒結(jié)構(gòu)，含海綠石砂巖夾紫紅、黃綠色粉砂質(zhì)頁巖，鈣質(zhì)頁巖。第四系松散堆積物主要為武家灣河兩岸岸坡處上更新統(tǒng)坡殘積、坡洪積含碎石低液限黏土；河谷底部全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、級配不良礫。

壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為N20°～30°W/SW∠15°～18°，傾向右岸偏下游。巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，其產(chǎn)狀分別為：N70°～80°E/SE或NW∠70°～88°，發(fā)育裂隙間距為2～3m，裂隙面較為平直，寬0～2mm，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸較長；N10°～30°E/SE∠60°～82°，發(fā)育裂隙間距為2.5～5m，裂隙面較為平直，寬0.2～2mm，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸較長。N70°～80°W/NE∠70°～85°，該組裂隙不發(fā)育，裂隙面較平直，一般寬0.3～3mm，延伸較短。

壩址區(qū)主要接受大氣降水補給，地下水分為碎屑巖類裂隙水和松散巖類孔隙水兩種類型。碎屑巖類裂隙水含水層為震旦系上統(tǒng)石英巖狀砂巖，基巖裂隙較發(fā)育，富水性一般-中等，由兩岸補給河水。松散巖類孔隙水含水地層主要為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、級配不良礫和級配不良砂等，一般富水性較好，地下水埋藏較淺，自上游向下游徑流排泄。壩址區(qū)武家灣河兩岸地下水補給河水，為補給型河谷。

3 壩肩巖體穩(wěn)定分析

右壩肩及上、下游岸坡較順直，坡面走向北南方向，傾向正東，下部岸坡較陡，坡度50°～65°，上部岸坡較緩，坡度25°～35°，壩肩基巖裸露。壩端為震旦系上統(tǒng)薄-中厚層狀石英巖狀砂巖，巖性較堅硬。巖層傾向岸坡內(nèi)側(cè)偏下游，為斜向岸坡。巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，裂隙面較為平直，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸較長。巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，故右壩肩岸坡巖體整體穩(wěn)定性尚好。

左壩肩及上、下游岸坡較順直，坡面走向北南方向，傾向正西，下部岸坡陡峻，坡度70°～80°，壩肩以上岸坡較緩，坡度20°～35°，局部覆蓋上更新統(tǒng)坡洪積低液限粉土。壩端為震旦系上統(tǒng)薄-中厚層狀石英巖狀砂巖，巖性較堅硬，巖層傾向岸坡外側(cè)偏下游，為斜向岸坡。巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，裂隙面較為平直，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸較長。巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育。左壩肩由于節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石風化程度較高且?guī)r層傾向河谷，初步判斷該岸坡存在滑動可能性。下面重點對左壩肩進行壩肩邊坡穩(wěn)定性評價。

邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法可概括為地質(zhì)分析法（歷史成因分析法）、力學計算法和工程地質(zhì)類比法三種。地質(zhì)分析法是通過邊坡形成的地質(zhì)歷史及所處的自然地質(zhì)環(huán)境的研究，根據(jù)邊坡的地質(zhì)地貌條件、變形破壞行跡以及影響邊坡穩(wěn)定的各種因素，對邊坡的演變發(fā)展趨勢和穩(wěn)定性作出評價和預(yù)測。力學計算方法大都采用極限平衡理論中的圓弧面法（瑞典法、畢肖普法）、薩爾瑪法、離散元法、圖解分析（赤平投影）法等。工程地質(zhì)類比法是根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)因素分析及已有工程設(shè)計的經(jīng)驗選擇邊坡的穩(wěn)定坡腳。該工程僅用力學計算法中的圓弧面法和赤平投影法對左壩肩邊坡進行穩(wěn)定性評價。

3.1 赤平投影法

左壩肩為一單薄山梁，走向近東西向，上部基巖裸露。建壩時對左壩肩進行了削坡，壩肩覆蓋層及強風化巖體已挖除，壩端嵌在弱風化巖體中。壩端為震旦系上統(tǒng)薄-中厚層狀石英巖狀砂巖，巖性較堅硬，巖層產(chǎn)狀為N20°～30°W/SW∠15°～18°，傾向岸坡外側(cè)偏下游，為斜向岸坡。岸坡坡角約67°，大于巖層傾角，因此左岸下游具備臨空條件。

巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，其產(chǎn)狀分別為：N70°～80°E/NW∠75°～88°，裂隙間距為2～3m，裂隙面較為平直，寬1～2mm，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸較長；N15°～30°E/SE∠65°～80°，裂隙間距為2.5～4m，裂隙面較為平直，寬0.5～1.5mm，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸較長。巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，根據(jù)左壩肩巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影圖，節(jié)理裂隙與河流流向、岸坡走向、層面等綜合分析，岸坡巖體整體穩(wěn)定性尚好。

圖1 左壩肩巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

從圖1分析，左壩肩巖體中第②組裂隙面走向與邊坡基本一致，但傾向與坡向相反，該組結(jié)構(gòu)面屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；第③組巖層走向與邊坡走向斜交，但傾向不一致，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；第①組裂隙面走向與邊坡走向斜交，傾角一致，但裂隙面傾角大于坡角及層面，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。故左壩肩巖體穩(wěn)定，不存在整體滑動問題。但邊坡與結(jié)構(gòu)面的傾斜方向一側(cè)具有臨空面，故局部可能產(chǎn)生崩塌、掉塊。

3.2 極限平衡法

采用剛體極限平衡法對左岸壩肩巖體進行穩(wěn)定驗算。左壩肩邊坡為同向邊坡，滑動面走向與坡面走向基本一致，側(cè)向切割條件較好，有一定的臨空面，且滑面傾角大于滑面摩擦角，故可視為單滑面平面滑動。根據(jù)極限平衡理論，穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：

邊坡極限坡高計算公式為：

式中：K——安全系數(shù)；

φ——滑面內(nèi)摩擦角，取30°；C——滑面粘聚力，取300 kPa；

γ——滑體容重，取巖體天然重度26.3 kN/m3；

h——滑體厚度，由剖面圖量取約29m；

α——滑面傾角，取巖層傾角15°；

β——邊坡坡腳，由剖面圖量取約67°。

經(jīng)計算，該邊坡穩(wěn)定系數(shù)K為4.77，大于安全系數(shù)1～1.5；經(jīng)計算其邊坡極限坡高Hmax為74.3m，大于現(xiàn)狀邊坡高度。故該邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論及建議

匯源水庫左右壩肩處巖性均為震旦系上統(tǒng)薄-中厚層狀石英巖狀砂巖，巖性較堅硬，左右壩端大部嵌在弱風化巖體中，局部為強風化巖體。水庫運行以來，兩壩肩巖體整體穩(wěn)定性較好。但在風化卸荷及節(jié)理裂隙的相互切割作用下，局部特別是左壩肩已產(chǎn)生小范圍巖體松動，并可能產(chǎn)生小規(guī)模崩塌、掉塊，建議對壩肩變形加強觀測，并作進一步工程處理。

TV554+.13

C

1004-7042（2017）03-0031-02

陳偉龍（1982－），男，畢業(yè)于華北水利水電學院土木工程（巖土方向）專業(yè)，工程師。

2017-01-09；

2017-02-21