水庫工程地質(zhì)勘察中潛在滑坡體穩(wěn)定性分析

張永央

摘 要：水庫工程勘察不僅需要重點(diǎn)關(guān)注擋水建筑物（壩址區(qū)）、泄洪建筑物、引水建筑物和發(fā)電廠建筑物等，而且要重視近壩庫區(qū)內(nèi)潛在的滑坡體。本文以河南省某大型水庫工程地質(zhì)勘察為例，分析其溢洪道右岸潛在滑坡體的穩(wěn)定性，并提出了工程治理建議，這對類似水利工程的勘察、設(shè)計(jì)、施工和安全運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水庫工程;地質(zhì)勘察;潛在滑坡體;穩(wěn)定性分析;安全運(yùn)行

中圖分類號：P642.22文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）13-0080-04

Stability Analysis of Potential Landslide in Reservoir

Engineering Geological Survey

ZHANG Yongyang

（Henan Water Conservancy Survey Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： Reservoir engineering surveys not only need to focus on water-retaining buildings （dam site area）， flood discharge buildings， water diversion buildings and power plant buildings， but also should pay attention to potential landslides in the vicinity of the dam reservoir area. This paper took the engineering geological survey of a large reservoir in Henan Province as an example， analyzed the stability of the potential landslide body on the right bank of the spillway， and put forward engineering treatment suggestions， which had guiding significance for the investigation， design， construction and safe operation of similar water conservancy projects.

Keywords： reservoir engineering;geological survey;potential landslide body;stability analysis;safe operation

河南某大型水庫位于三門峽市境內(nèi)的黃河支流上，其控制流域面積約為900 km2，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、旅游等綜合利用的大（Ⅱ）型水庫。主體工程有主壩、副壩、溢洪道、泄洪灌溉（發(fā)電）洞、電站等，其中溢洪道由進(jìn)口引渠段、閘室段、陡坡段和挑流段四部分組成。底寬為32.5 m，全長約為295 m。閘室設(shè)3孔閘門，每孔凈寬為9.5 m，閘室段長為14 m，其采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘底高程為642 m。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

壩址區(qū)地貌屬剝蝕低山區(qū)，邊坡較陡直，邊坡無第四系覆蓋，溢洪道右側(cè)山頂高程為732.8～800 m，最高處高出河床約220 m，邊坡坡率一般為（1.00∶0.75）～（1.00∶1.20）。

1.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，水庫壩址區(qū)右岸山體巖性以弱風(fēng)化安山玢巖為主，局部巖體呈強(qiáng)～全風(fēng)化狀，坡頂被第四紀(jì)碎石土、黃土及砂卵石所覆蓋。

安山玢巖（[Pt12xm]）呈紫紅色、墨綠色，屬噴發(fā)巖，隱晶質(zhì)，質(zhì)地堅(jiān)硬，具有杏仁狀構(gòu)造，含有長石斑晶。

碎石土（Q4）呈灰黃色，碎石含量為60%～80%，成分主要為安山玢巖碎塊，粒徑一般為3～8 cm，大者可達(dá)20 cm，棱角狀，巖屑、泥質(zhì)充填，泥鈣質(zhì)呈微膠結(jié)～未膠結(jié)，厚度為2～10 m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，受溢洪道右岸山體構(gòu)造影響，當(dāng)?shù)匕l(fā)育有多條斷層，斷層及其破碎帶寬度不一，一般規(guī)模較小，通常小于0.2 m，斷層傾角一般為52°～86°;斷層以近南北向斷裂為主，主要包括北東、北西向二組節(jié)理“×”型斷層，這些構(gòu)造多屬于同源構(gòu)造，也有后來迭加的，它們相互干擾，形成錯綜復(fù)雜的斷裂破碎帶，如表1所示。溢洪道右岸構(gòu)造發(fā)育，巖體被切割，呈碎塊狀，巖體多呈強(qiáng)風(fēng)化狀，F(xiàn)I-3斷層是壩址區(qū)附近規(guī)模最大的斷層之一，傾向?yàn)?42°～270°，與河谷走向一致，穿過溢洪道右側(cè)山體，斷層延伸較長，形成了一個寬約10 m的斷層影響帶，屬區(qū)內(nèi)控制性斷裂構(gòu)造之一。

溢洪道右岸巖體裂隙發(fā)育，根據(jù)測繪資料，面積裂隙率為1.0%～3.9%，充填物以碳酸鹽類為主，表面有白色粉末狀結(jié)晶體，節(jié)理面夾泥質(zhì)和鐵錳質(zhì)薄膜，充填不夠密實(shí)，傾向205°、傾角47°左右的原生裂隙（構(gòu)造成因）自上而下貫穿，與溢洪道進(jìn)口段交角約為90°，傾角為25°～41°一組的節(jié)理裂隙傾向河谷發(fā)育。主要裂隙統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

1.4 水文地質(zhì)條件

1.4.1 地下水類型。根據(jù)埋藏條件，場區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系松散層孔隙潛水、基巖裂隙潛水和喀斯特溶洞水。

1.4.1.1 第四系松散層孔隙潛水。第四系松散層孔隙潛水主要含水層為河床砂卵石層、漫灘的砂卵石層，水量較豐富，補(bǔ)給排泄均甚迅速，地下水變幅較大，水位一般位于水庫蓄水線以下。

1.4.1.2 基巖裂隙潛水?；鶐r裂隙潛水可分為巖體風(fēng)化裂隙潛水和構(gòu)造裂隙潛水[1]。一是巖體風(fēng)化裂隙水。第四紀(jì)以前地層，由于表面長期風(fēng)化碎裂，形成了統(tǒng)一的透水帶，以后被第四紀(jì)土層沉積掩蓋，而形成含水層。其主要分布于壩址區(qū)左岸，如謝家坡、莊里等處，測繪時均見有裂隙水滲出，流量一般很小，分布廣，沿河支流的河水多源于此。二是構(gòu)造裂隙潛水。主要的含水層為斷層破碎帶，大壩下游右岸、云頭以下灰?guī)r、魚哭寺等泉水皆是。

1.4.2 巖土體的滲透性。河床砂卵石厚為10～15 m，覆蓋層以下安山玢巖比較新鮮完整，透水性不大，滲透系數(shù)K=（112～1.50）×10-6cm/s，滲透性成果統(tǒng)計(jì)情況如表3所示。

2 潛在滑坡體穩(wěn)定性分析

根據(jù)上述描述，組成溢洪道右岸邊坡的巖體，構(gòu)造發(fā)育，工程地質(zhì)條件差，存在潛在的滑坡體，而且滑坡體方量巨大，如發(fā)生滑動將直接威脅到溢洪道、灌溉發(fā)電洞進(jìn)口的安全。

2.1 潛在滑坡體的邊界條件

溢洪道右岸潛在滑坡體后緣以f4、FI-3、f6斷層為界，F(xiàn)I-3斷層規(guī)模如表1所示，該斷層將滑坡體分成兩部分。坍滑體的前緣可分為南北兩部分，其中北側(cè)部分前緣位于溢洪道右側(cè)翼墻的頂部，檢測數(shù)據(jù)表明，近年來，該翼墻無移動趨勢，南側(cè)部分前緣位于水庫溢洪道進(jìn)口段的平臺以東側(cè)坡腳處?；麦w后緣最高處高程約為720 m，前緣一般位于約629 m高程處，滑坡體具有后緣陡坡的特點(diǎn)。根據(jù)勘察資料，滑坡體滑動面為弱～強(qiáng)風(fēng)化的安山玢巖，屬于淺層滑動。

2.2 潛在滑坡體現(xiàn)狀分析

潛在滑坡體位于溢洪道的右側(cè)，巖體多為弱風(fēng)化安山玢巖，周邊地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害后危險性大，危害程度大，根據(jù)現(xiàn)場勘察，已發(fā)生的坍塌部分現(xiàn)狀條件已基本趨于穩(wěn)定，但如遇連續(xù)降水，可能發(fā)生崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，崩塌等嚴(yán)重時將阻塞溢洪道，影響水庫的泄洪，威脅整個水庫的安全運(yùn)行。

2.3 潛在滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算

以FI-3斷層及其破碎帶為滑動面，同時以弱～強(qiáng)風(fēng)化安山玢巖和已坍塌部分為滑坡堆積物，為計(jì)算潛在滑坡體的穩(wěn)定性，可取滑坡體1 m單寬為計(jì)算單元進(jìn)行穩(wěn)定分析。計(jì)算期間，各物質(zhì)力學(xué)參數(shù)取試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值，計(jì)算公式采用《工程地質(zhì)手冊》《水利水電工程地質(zhì)手冊》進(jìn)行對比[2-3]。

《工程地質(zhì)手冊》公式為：

式中，[γr]為滑動巖體的天然重度，kN/m3，弱風(fēng)化巖體、斷層破碎帶、坍滑體分別取27、25、23 kN/m3;[h]為滑動巖土體的垂直厚度，m;[c]為滑帶巖的凝聚力，kPa;[φ]為滑帶巖的內(nèi)摩擦角，°;[α]為滑動面的傾角，°;[a]為地震加速度，m/s2;[g]為重力加速度，取9.81 m/s2。

《水利水電工程地質(zhì)手冊》公式為：

式中，變量符號同上。

庫水位為630 m，取[c]=33 kPa、[tanφ]=0.48，工況按自然狀態(tài)、飽和狀態(tài)、地震時自然狀態(tài)三種情況分別計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)[k]，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，潛在滑坡體在3種工況下的穩(wěn)定系數(shù)[k]為1.00～1.22，基本處于臨界狀態(tài)，不滿足重要工程項(xiàng)目巖質(zhì)邊坡抗滑穩(wěn)定應(yīng)大于1.5的要求。

3 工程治理建議

潛在滑坡體南北向長為260 m，東西向?qū)挒?0～140 m，滑坡體厚度不一，一般為2～6 m，最厚處約為10 m，工程治理時可在溢洪道右側(cè)翼墻上修筑平臺，清除已坍塌的堆積物，對FI-3、f4、f6斷層上盤基巖進(jìn)行削坡減負(fù)，形成不大于40°的坡面，清理危巖體，整平坡面，并做好防水護(hù)坡，坡頂設(shè)置截水溝，防止雨水入滲[4-5]。潛在滑坡體基巖主要為弱風(fēng)化安山玢巖，可在滑坡體中、下部1/3處設(shè)置抗滑樁，坡腳處設(shè)置擋土墻，防止?jié)撛诨麦w發(fā)生滑動。

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