馬光猛 ，沙 斌

（昭通市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,云南 昭通 657000）

1 工程概況

月亮灣水庫位于云南省昭通市魯?shù)榭h小寨鄉(xiāng)牛欄江右岸的一級(jí)支流小寨河中游,是一座以農(nóng)村人、畜飲水和農(nóng)田灌溉供水為主,兼有下游村鎮(zhèn)、農(nóng)田防洪保護(hù)作用的中型水利工程,樞紐主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水隧洞,大壩壩型為混凝土面板堆石壩,最大壩高70.5 m,水庫總庫容2327.2 萬m3。2014 年工程建設(shè)中溢洪道進(jìn)口段邊坡開裂變形,面積5500 m3,影響到溢洪道、大壩施工及運(yùn)行安全,本文從邊坡特性、降水、地震等影響因素綜合分析,結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)。

2 工程地質(zhì)

2.1 地層巖性及構(gòu)造

邊坡處于水庫右壩肩溢洪道右側(cè)（見圖1）,為斜～陡坡地形,自然坡度20°～32°,山頂高程約1735 m,相對高差161 m；邊坡巖體巖性主要為三迭系下統(tǒng)飛仙關(guān)組下段（T1f）砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖呈不等厚互層,基巖節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體風(fēng)化較為顯著,邊坡屬層狀反向結(jié)構(gòu)巖土混合邊坡。

圖1 邊坡工程地質(zhì)圖

邊坡斜穿f2斷層,斷層產(chǎn)狀為N56°W ∠55°NE,破碎帶寬1.5 m,位于溢橫0+050.6 處。此外邊坡節(jié)理裂隙發(fā)育,主要發(fā)育節(jié)理4 組,分別為N65°W ∠85°NE、N60°E ∠81°SE、N25°E ∠84°NW、N10°E ∠15°NW。

邊坡水文地質(zhì)條件較為簡單,主要含水層賦存于三迭系下統(tǒng)飛仙關(guān)組下段（T1f）砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖巖體中的基巖裂隙水。

2014 年8 月3 日魯?shù)榭h發(fā)生6.5 級(jí)地震,震中位于E103.3°,N27.1°,邊坡距震中直線距離約23.5 km,邊坡區(qū)位于本次地震烈度Ⅶ度區(qū)。

2.2 邊坡變形特征

邊坡經(jīng)現(xiàn)場測繪發(fā)現(xiàn)共發(fā)育裂縫L1 與L2 （見圖1）。裂縫L1 位于邊坡變形體后緣,分布高程1654 m～1661.5 m,裂縫寬1 m～15 cm,走向N51°～85°W,該裂縫受斷層f2及第一組卸荷節(jié)理裂隙控制；裂縫L2 位于溢洪道開挖三級(jí)馬道及三級(jí)馬道與四級(jí)馬道邊坡,分布高程1627.4 m～1642.4 m,裂縫寬0.2 cm～2 cm,走向N33°～68°E,該裂縫與第二、三組節(jié)理裂隙密切相關(guān)。邊坡變形體前緣及底界為灰白色泥巖夾層,分布高程1618.3 m～1620.7 m,軟化泥巖夾層厚4 cm～8 cm,泥巖上部砂巖體向坡外錯(cuò)動(dòng)1 cm～5 cm。

裂縫具有如下特點(diǎn)：（1）裂面新鮮,張開度較大,無充填；（2）裂面陡傾,角度40°～88°；（3）裂縫主要受第一組節(jié)理控制,沿節(jié)理發(fā)育。邊坡變形體平面上近似三角形,后緣長約74 m,面積約5500 m3,變形體方量約4.6 萬m3,總體變形方向約N26°E,與溢洪道軸線斜交。

2.3 邊坡變形監(jiān)測

為監(jiān)測邊坡變形發(fā)展趨勢,共布置監(jiān)測點(diǎn)13 個(gè),邊坡上部監(jiān)測點(diǎn)為TP01～TP10,中部監(jiān)測點(diǎn)TP11、TP13 分別分布于高程1642.4 m 和1628.8 m 馬道部位,邊坡變形體前緣灰白色泥巖頂部監(jiān)測點(diǎn)為TP12。監(jiān)測點(diǎn)分布情況見圖1,邊坡變形監(jiān)測位移曲線圖見圖2。

圖2 邊坡變形監(jiān)測下沉位移曲線圖

由監(jiān)測數(shù)據(jù)看出邊坡下沉位移量為24 mm～172 mm,其中邊坡上部監(jiān)測點(diǎn)下沉位移最大點(diǎn)為TP01,位移量為172 mm；邊坡中部監(jiān)測點(diǎn)下沉位移相等,位移量為27 mm；邊坡變形體前緣灰白色泥巖頂部監(jiān)測點(diǎn)TP12 位移量為24 mm。可以看出邊坡巖土體監(jiān)測點(diǎn)位移方向均為邊坡臨空面,表明邊坡處于蠕滑狀態(tài),其邊坡穩(wěn)定性較差。

2.4 邊坡穩(wěn)定性分析評價(jià)

2.4.1邊坡巖土體物理力學(xué)特征

邊坡巖土體力學(xué)參數(shù)參考本工程巖土樣試驗(yàn)成果及類比相似工程經(jīng)驗(yàn),參數(shù)建議值見表1。

表1 邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值

2.4.2邊坡穩(wěn)定性定性分析

根據(jù)破裂結(jié)構(gòu)面的規(guī)模及其影響,對工程區(qū)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分級(jí)[1]（表2）。

表2 巖體結(jié)構(gòu)面分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表2

據(jù)實(shí)地調(diào)查表明邊坡無Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面發(fā)育,Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面僅見斷層f2,斷層產(chǎn)狀為N56°W ∠55°NE,傾角,破碎帶寬1.5 m；Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面為節(jié)理裂隙。據(jù)邊坡節(jié)理裂隙調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明其裂隙發(fā)育規(guī)律性較好,產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)清晰。

根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 386-2007）[2],采用極射赤平投影法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定定性分析。由圖3 可知：第⑤組結(jié)構(gòu)面為斷層f2破裂面,產(chǎn)狀陡傾,傾向與坡向基本相同,形成外傾結(jié)構(gòu)面,為不利結(jié)構(gòu)面；第⑤組容易與第①、②、③組陡傾節(jié)理組成不利組合形成拉裂面,結(jié)構(gòu)面交點(diǎn)落入滑動(dòng)區(qū)A,且邊坡巖性中泥巖夾層為相對軟弱層,當(dāng)拉裂面向下擴(kuò)展與軟弱帶貫通,巖體容易發(fā)生規(guī)模不等的傾倒拉裂破壞,因此邊坡可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影分析圖

2.4.3邊坡穩(wěn)定性定量計(jì)算

根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 386-2007）,針對溢洪道邊坡與水工建筑物級(jí)別的關(guān)系等因素,綜合確定溢洪道邊坡級(jí)別為3 級(jí)（表3）,邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表3 邊坡級(jí)別與水工建筑物級(jí)別對照關(guān)系

表4 穩(wěn)定性計(jì)算工況

參考月亮灣水庫巖土樣試驗(yàn)成果及參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等綜合確定巖土體物理力學(xué)參數(shù)（表5）,此外根據(jù)邊坡定性分析可知邊坡為潛在的三維楔形體破壞方式,因此采用理正軟件計(jì)算邊坡三維楔形體破壞下的穩(wěn)定性狀態(tài),計(jì)算公式如下,計(jì)算剖面見圖4,計(jì)算結(jié)果見表6。

表5 邊坡巖土物理力學(xué)參數(shù)

圖4 邊坡A-A′工程地質(zhì)剖面圖

表6 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

通過穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可以看出：當(dāng)邊坡經(jīng)歷強(qiáng)降雨與地震因素共同作用時(shí),其穩(wěn)定性系數(shù)僅為0.95,遠(yuǎn)小于允許最小安全系數(shù),邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。由于工程區(qū)雨季連續(xù)強(qiáng)降雨使邊坡巖土體吸水飽和后力學(xué)強(qiáng)度顯著降低,期間再受魯?shù)椤?·03”地震作用影響,使邊坡巖土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的變形破壞。綜上兩種因素共同作用下邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)變形破壞。

3 治理方案

針對溢洪邊坡變形體存在的主要問題,結(jié)合現(xiàn)狀邊坡的地形地質(zhì)條件,邊坡變形體治理方案如下：

（1）邊坡從輸水隧洞豎井公路平臺(tái)高程1628.8 m 以上削坡至坡頂裂縫附近,開挖邊坡為1∶1.2～1∶1.5。1628.8 m 高程公路平臺(tái)開挖寬6.0 m,在1642.4 m 高程設(shè)置開挖平臺(tái),平臺(tái)寬度根據(jù)實(shí)際地形為3 m～5 m。邊坡進(jìn)行掛φ6.5 鋼筋網(wǎng)噴10 cm 厚C25 混凝土護(hù)坡。并在各級(jí)馬道內(nèi)側(cè)和開挖邊坡外沿設(shè)排水溝。對削坡減載后的溢洪道右側(cè)邊坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定復(fù)核,邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用理正巖土工程計(jì)算軟件三維楔形體穩(wěn)定分析進(jìn)行計(jì)算。

表7 邊坡削坡減載處理后穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

（2）對削坡減載后的邊坡應(yīng)復(fù)核穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果,確保變形邊坡已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí),也應(yīng)加強(qiáng)邊坡變形監(jiān)測工作。

（3）治理前后應(yīng)做好預(yù)案及監(jiān)測,加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害群策群防工作,加強(qiáng)區(qū)內(nèi)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境保護(hù),規(guī)范人類工程活動(dòng),避免人為誘發(fā)或加劇。

4 結(jié)論

通過邊坡變形特征、變形破壞機(jī)制以及穩(wěn)定性分析分析成果,溢洪道邊坡在連續(xù)降雨使邊坡巖土體飽和后力學(xué)特性降低以及魯?shù)椤?·03”地震是誘發(fā)該邊坡變形的最直接因素,邊坡坡體產(chǎn)生剪切-滑移變形破壞,依據(jù)“以防為主,防治結(jié)合,綜合防治”的基本原則,對邊坡進(jìn)行削坡減載的處理方式,并結(jié)合掛網(wǎng)噴錨加固措施,加強(qiáng)溢洪道坡頂截、排水溝及開挖坡體中深孔排水措施,以確保溢洪道、大壩施工及運(yùn)行安全。