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(dāng)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(fēng)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(xué)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(xué)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(xué)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(fēng)化巖體已挖除，壩端嵌在弱風(fēng)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(fēng)化巖體中，局部為強風(fēng)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(fēng)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。

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1004-7042（2017）03-0031-02

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

2017-01-09；

2017-02-21