何根華 左小平

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 概況

古陽河水庫位于沅水二級支流古陽河中游，壩址距湖南省湘西自治洲古丈縣縣城上游1 km的城南老寨加油站，右岸有吉首-古丈S229省道通過。樞紐布置包括大壩、灌溉取水口和放空底孔。大壩為混凝土砌塊石重力壩，最大壩高45.5 m。右岸主要布置有4#～7#擋水壩和非溢流壩。

前期勘察工作由外單位完成，未發(fā)現(xiàn)右壩肩存在滑坡體。當大壩基礎開挖至（277～284）m高程時，發(fā)現(xiàn)右壩肩巖層產(chǎn)狀零亂，巖體架空，巖石破碎，拉裂縫縱橫交錯。針對開挖揭露出來的地質問題，經(jīng)過專項勘察工作，基本查明了右壩肩滑坡體的邊界條件、結構特征和變形機制，并對其進行了加固處理。

2 右壩肩工程地質條件

壩址處河道為向左岸凸出的弧形河灣，水面寬（10～12）m。兩岸地形不對稱，左岸為基巖陡立巖質邊坡。右岸地形呈“舌”狀向河床凸出，坡角自下而上呈陡～緩～陡態(tài)勢，280 m高程到河床為陡坡，坡角60°～75°，坡高（5～10）m；（280～290）m 高程一帶為緩坡平臺，垂直岸坡長度約180 m，坡角10°～15°；290 m 高程以上至（310～350）m 高程，坡角 30°～35°，在290 m高程省道S229公路內(nèi)側，地形突變，坡角60°～75°，形成一高度（10～15）m 的陡坡。 壩址下游發(fā)育垂直岸坡沖溝。

構成右壩肩一帶地層巖性由老到新為：①震旦系馬底驛組（Ptbn2m）：薄至中厚層狀粉砂質板巖，厚度大于100 m；②地滑堆積（Qedl-1）：母巖成分為薄至中厚層狀粉砂質板巖，厚（5～15.0）m，為右壩肩蠕變體中、下部；③地滑堆積（Qedl-2）：主要為粉質粘土夾碎石，碎石直徑 5～10 cm，結構松散，厚度為（3.0～12.0）m，分布于右壩肩邊坡中、上部。

壩區(qū)位于一北東向背斜NW翼近核部一帶，受構造影響，巖層產(chǎn)狀變化較大，受 F1、F2、F3斷層影響，壩基一帶巖層產(chǎn)狀 N15°～30°W·SW∠8°～15°，傾向左岸偏上游，右岸為順層邊坡。背斜兩翼巖層總體傾向上、下游，其走向與岸坡斜交。壩區(qū)共發(fā)育斷層4條。上游 F1近垂直河床，傾向下游，傾角 70°～75°，右岸緩陡轉換地帶有F2斷層自上游向下游斜切右岸斜坡，傾向河床，傾角 60°～65°，下游 F3 近垂直河床，傾向上游，傾角 60°～65°。

通過開挖、豎井揭露，右壩基見有兩層剪切滑帶物質，即：第一滑帶，“泥夾巖屑型”，為灰白色粘泥夾少量碎石，厚度（0.1～0.2）m，延伸情況較好；第二滑帶，“巖屑夾泥型”，以碎石為主，粘粒含量6.4%左右，呈紫紅色，可～軟塑狀，手摸有滑感，局部可見有石英碎屑，并見水平定向擦痕厚度（0.2～0.4）m，延伸情況較好；滑帶產(chǎn)狀 N15°～30°W，SW∠8°～15°，傾向河床左岸偏上游方向。

3 滑坡基本特征

3.1 平面形態(tài)特征

經(jīng)勘察，右壩肩為一沿層面蠕變滑移的順層滑坡體，滑坡體邊界分別為：下游以F3、上游以F1斷層、后緣以F2斷層為界?；麦w平面上呈似“舌”狀，中部地形較為平緩，前緣已伸入河床，見圖1?；缕矫嫘螒B(tài)見圖2。

圖1 滑坡體后緣陡坎

圖2 右岸平面地質圖

3.2 剖面形態(tài)特征

滑坡體滑動面呈折線型，滑坡體后緣由斷層F2構成，傾向河床，傾角為60°～65°?；麦w前緣位于河床，為河床砂礫石層覆蓋，厚度約（5～6）m，通過現(xiàn)場勘測和豎井勘探表明，滑坡體內(nèi)見有兩層滑動帶，分布高程分別為（276～295）m（第一滑動帶）和（263～283）m（第二滑動帶），說明滑坡體存在至少兩次變形。滑坡體縱向形態(tài)見圖3。

圖3 右岸滑坡體縱剖面圖

3.3 滑坡體分類

通過現(xiàn)場勘察，滑坡體長約（180～195）m，寬（160～260）m，垂直厚度（8～27）m，滑坡體面積約 39 600 m2，滑坡體體積約514800m3，根據(jù)《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規(guī)范》（DT/T5337-2006）（以下稱邊坡規(guī)范）,該滑坡為中型中層滑坡?；瑒用鏋閷娱g破碎夾泥層，為一順層滑移及蠕變的變形邊坡。

3.4 滑坡體結構特征

圖4 右壩肩開挖拉裂縫，最大深度可達5.1 m

根據(jù)鉆孔、豎井和基坑開挖揭露，滑體剖面上可分為兩個帶；①第一滑帶分布高程（276～295）m，此帶以上巖性為粉質粘土夾碎塊石（Qdel-2），結構松散，碎塊石主要為砂質板巖，大小不一，最大直徑可達1 m，主要分布于滑坡體中上部，厚度（3～12）m。②第一與第二滑帶之間為塊石，厚度（5～15）m，特征是拉裂，解體，但保持母巖特征，巖性為粉砂質板巖（Qdel-1），具似層狀構造，拉張裂隙發(fā)育，巖體被切割呈塊體結構，呈弱風化狀，塊石最大直徑達3 m，拉裂縫最大寬度可達35 cm，可測最大深度大于5.1 m，拉裂縫局部充填少許粘土。見圖4。此外，在滑坡前緣河床陡坎處1號豎井附近有鼓凸現(xiàn)象，并且其陡坎頂部有向河床傾斜現(xiàn)象，見圖5。說明滑坡體經(jīng)施工開挖、人為擾動，破壞了原有平衡狀態(tài)，在施工開挖過程中，滑坡體前緣局部地帶向河床產(chǎn)生了緩慢變形。

圖5 1號豎井內(nèi)側變形陡坎

4 滑坡成因機制與穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡體成因分析

右壩肩上、下游及后緣分別受F1、F2、及F3斷層影響，右壩肩處巖層傾向坡外，層面傾角小于坡角。在河流切割、地下水作用下，順層邊坡在重力作用下，沿坡體內(nèi)被河流切割的某一軟弱破碎夾泥層產(chǎn)生順層滑移。從所揭露的第一、第二滑帶分析，滑坡體存在兩次滑移。當河流切割到第一滑帶所在位置的破碎夾泥層時，破碎帶以上坡體在自重作用下沿此破碎夾泥層（即第一滑帶）產(chǎn)生快速位移，導致此滑帶以上巖體破碎，呈粘土夾碎石狀特征，結構松散。當河流繼續(xù)下切到基巖某一深度內(nèi)的破碎夾泥層（即第二滑帶）時，由于第一次滑動造成滑坡體縱向地形平緩，重心下降，因此上部第二滑帶以上滑坡體物質沿第二滑帶產(chǎn)生緩慢蠕變滑移，從而形成第一、二滑帶之間的變形體以松弛、拉裂及架空變形特征為主，但仍保持母巖基本特征。這也是為何前期勘探未能及時發(fā)現(xiàn)右岸滑坡體的主要原因。

4.2 穩(wěn)定性分析及評價

4.2.1 邊界條件與計算參數(shù)

右壩肩岸坡為一受斷層切割圍限的順層蠕變滑移而形成的滑坡體，滑坡體邊界條件為：F2斷層構成下游切割面，F(xiàn)1斷層切割構成上游切割面，F(xiàn)3斷層構成后緣切割面，河床為前緣臨空面。由于后緣F2斷層傾角較陡，可以認為其近似垂直，其滑動面為破碎軟弱夾層。依據(jù) 《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規(guī)程》（DL/T 5337-2006）附錄 E.2，為了便于計算，滑坡體可以近似簡化為邊坡上有張裂隙的平面破壞形式，其地質模型簡圖見圖6，可以通過式（1）對滑坡進行穩(wěn)定性計算。

圖6 坡面上有張裂隙的邊坡平面型破壞

式中W——滑體的重力（kN）；

φ——滑動面的內(nèi)摩擦角（°）；

c——第i塊滑動面的粘聚力（kPa）；

L——滑動面的長度（m）；

β——結構面傾角；

u——水的上舉力；

v——水的水平力。

4.2.2 穩(wěn)定性分析及評價

在分析滑坡穩(wěn)定性時考慮了兩種非常工況和實際運行工況對滑坡進行穩(wěn)定性驗算：第一種非常工況，滑坡體不受地下水及自然降雨的影響的工況，即滑坡體內(nèi)巖土、拉裂縫、滑帶、側向及后緣切割面處于天然含水狀態(tài)；第二種非常工況，考慮暴雨或長時間降雨水氣候，滑坡體內(nèi)巖土、拉裂縫、滑帶、側向及后緣切割面滑坡體處于飽和狀態(tài)；第三種實際運行工況，考慮地下水的作用，在水庫運行時，滑坡體內(nèi)地下水位以下的巖土、拉裂縫、滑帶、側向及后緣切割面滑坡體處飽和狀態(tài)。

根據(jù)所建立的地質模型，采用式（1）對滑坡體上述三種工況進行穩(wěn)定性計算，計算采用單寬平面型模式進行驗算，其計算結果見附表。

通過以上計算可以得出：第一種工況，在現(xiàn)狀開挖地形條件下，安全系數(shù)為1.41，滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。此工況是大壩開挖，滑坡體減載，且滑坡體內(nèi)巖土體及各類結構面僅考慮了在天然含水狀態(tài)的情況，故滑坡體的安全系數(shù)較高；第二種工況，安全系數(shù)為0.86，滑坡體不穩(wěn)定。其主要原因為：巖土體及側向切割面飽水，孔隙水壓力升高，增加了巖土體的重量，降低了滑體及結構面間的抗剪強度，從而增加了滑體的下滑分力，故按全系數(shù)降低；第三種工況，安全系數(shù)為0.98，接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規(guī)程》（DL/T 5337-2006），大壩為4級建筑物，最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)應不小于（1.05～1.15）。故在正常蓄水位情況下，滑坡體的安全系數(shù)不滿足大壩建筑物穩(wěn)定要求。當考慮上部壩體及壩體前后回填土體的荷載后，其滑坡體的安全系數(shù)將更低，故務必對其進行加固處理。

附表 右壩肩滑坡穩(wěn)定系數(shù)計算表

5 工程處理措施

通過上述穩(wěn)定性計算分析，右壩肩滑坡體在水庫蓄水后，存在壩肩抗滑穩(wěn)定問題。由于受地形條件和其他因素控制，不可能另選壩址。根據(jù)滑坡體工程地質特性和穩(wěn)定現(xiàn)狀，最終在原址采取清除第一滑帶以上滑坡體、加固第一、二滑帶間的蠕變體的工程措施進行處理。具體工程措施如下：

（1）第一滑動帶以上巖土為粉質粘土夾碎石，力學強度低，全部清除。第一滑帶以下蠕變體巖土保持母巖成分，單塊巖石強度較高，雖拉裂縫發(fā)育，但經(jīng)加固可以整體提高其地基力學強度，故采取了對揭露出來的拉裂縫進行擴挖回填混凝土，再對壩基進行全面固結灌漿，固結灌漿深度伸入至第二滑帶以下1 m。

（2） 右岸非溢流壩段 （樁號H0+072.242～H0+172.242）壩基為蠕變體，壩基張、拉裂縫發(fā)育，透水性較好，為防止庫水及地下水沿裂縫滲透，降低裂隙面間及蠕變體的抗剪強度，帷幕灌漿前沿帷幕中心線設置了約3 m厚的混凝土防滲墻，墻體伸入滑帶以下0.5 m，然后在防滲墻上進行常規(guī)帷幕灌漿，帷幕灌漿深度（15～20）m。

（3）為減少后緣山體地下水對蠕變體的長期滲透作用，降低其力學強度，在右壩肩正常蓄水位以上將帷幕延伸長（46.8～317）m高程附近，采用兩排帷幕灌漿，孔距1.5m，排距1.0m。

（4）4#～7#擋水壩段需承受上游庫水一定水頭作用，是壩肩抗滑穩(wěn)定問題重點處理地段。通過穩(wěn)定計算，為抵抗壩體及第二滑帶以上巖體所產(chǎn)生的剩余下滑力，為此，對該壩段壩基及下游側設置了（1 000～3 000）kN不等預應力錨索共76根及錨筋樁249根，排數(shù)按由壩肩至河床遞增布置，深度伸入第二滑帶以下（3～10）m。同時為減少壩基蠕變體的不均勻沉陷變形，對壩基鋪設了Φ25@250 mm水平鋼筋。其它壩段只重點對于破碎的巖石地段及拉裂縫處鋪設了Φ25@250 mm水平鋼筋。大壩下游側回填C15混凝土約4 m厚至大壩下游平臺。

6 變形觀測

為確保大壩穩(wěn)定安全，在位于蠕變體上的4#～7#壩塊分別設置了8組共12個觀測點。從監(jiān)測資料看，大壩累積最大位移值為0.2 mm（觀測時間段為2016年11月2日至2017年3月2日），滿足相應規(guī)范要求，故大壩變形基本正常，大壩處于安全狀態(tài)。

7 結語

本文對古陽河水庫右壩肩滑坡體的形態(tài)、規(guī)模、成因及對滑坡各種工況的穩(wěn)定性分析，然后根據(jù)滑坡體物質成份、工程地質特性，穩(wěn)定程度，選擇了加固下部滑坡體作為壩肩持力層，使壩址即不挪動、又減少了工程開挖量、還保證了施工進度，產(chǎn)生了一定的社會和經(jīng)濟效益。經(jīng)變形觀測，右壩肩變形未超出變形允許值，右壩肩整體穩(wěn)定。此文作為一工程實例，為存在類似工程地質問題的水利水電工程的興建具有一定的參考意義。

[1]DL/T 5337-2006.水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規(guī)程[S].

[2]常士驃，張?zhí)K民.工程地質手冊（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.