山西省五馬水庫壩址左岸山體穩(wěn)定性分析及抗滑穩(wěn)定計(jì)算

尚劍寶

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 太原 030024）

1 工程及地質(zhì)概況

山西省五馬水庫工程位于山西省臨汾市古縣縣城西南五馬村東北約1km處。壩基及左岸巖體為三疊系下統(tǒng)劉家溝組，巖性以中厚層細(xì)砂巖、粉砂巖和薄層礫巖為主，夾多層厚1～30cm的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，泥巖局部泥化，呈泥土狀；巖體層理發(fā)育且平直，節(jié)理裂隙較為發(fā)育。

2 山體中泥巖層軟化、泥化可能性

壩基建基面以上開挖范圍內(nèi)，在庫水位以下發(fā)育8層較為連續(xù)的泥巖層，分別為 T1l-16、T1l-18、T1l-20、T1l-22、T1l-24、T1l-26、T1l-28、T1l-30 巖組，泥巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度為0.2～19.0MPa，軟化系數(shù)為0.13～0.40，多屬于極軟巖—較軟巖、無膨脹性或微膨脹性巖石。由于泥巖軟化系數(shù)低，在水庫蓄水后受水影響的巖石會(huì)發(fā)生軟化。庫水位以下的泥巖層在庫水長期作用下泥化可能性分析如下：

壩址區(qū)左右壩肩均有斷層發(fā)育，為單斜巖層，巖體較破碎，巖體已受到了構(gòu)造及地應(yīng)力影響，且壩基泥巖已有泥化現(xiàn)象，說明壩址區(qū)存在地層層間錯(cuò)動(dòng)的可能性。

在壩基開挖爆破過程中，不可避免地對(duì)影響帶內(nèi)巖層產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致泥巖結(jié)構(gòu)受到影響。

水庫蓄水運(yùn)行后山體中水動(dòng)力條件趨于活躍，而地下水活躍帶內(nèi)泥巖易泥化，壩基下現(xiàn)有的泥化層多處于地下水淺循環(huán)帶內(nèi)。

右壩肩ZK09-7號(hào)鉆孔在鉆進(jìn)過程中，下部開挖面發(fā)現(xiàn)有水沿泥巖層流出，在水流作用下，出溢部位的泥巖層局部發(fā)現(xiàn)有泥化現(xiàn)象。

因此分析在水庫蓄水運(yùn)行后，壩肩泥巖層存在進(jìn)一步軟化、泥化可能。

3 左岸山體穩(wěn)定性

3.1 左岸山體不穩(wěn)定因素分析

a.左壩肩下游河床在距大壩約70m處流向由S30°W轉(zhuǎn)為S70°E，河床底高程為633m；左壩肩為一單薄山梁，走向近東西向，上部基巖裸露，巖層傾向下游偏右岸，產(chǎn)狀為N45°W/SW∠8°。山頂高程 725m；岸坡坡角約 21°，大于巖層傾角，因此左岸下游具備臨空條件。

b.左壩肩存在F1斷層，斷層距左岸開挖面約105m，斷面走向 N35°～50°E，傾向 SE，傾角 60°～71°，斷距 10～15m，斷層破碎帶寬1.5～2.0m，斷層影響帶寬5～7m，具備側(cè)緣分割邊界條件。

c.左岸單薄山梁呈單斜構(gòu)造，巖層傾向下游偏右岸，產(chǎn)狀為N45°W/SW∠8°，地層傾向與左岸單薄山梁走向交角約6°。組成左岸山梁巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖及礫巖層。庫水位下連續(xù)發(fā)育多層泥巖。且泥巖層在水庫正常蓄水后有軟化、泥化的可能，因此左岸單薄山梁具備底面滑動(dòng)條件。

d.左岸巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀分別為：①N45°～52°E//NW 或 SE∠70°～85°，②N47°～58°W/NE 或 SW∠70°～86°，裂隙面多平直光滑，延伸較長，裂隙寬一般 0.1～0.3cm，發(fā)育間距一般0.5～1.5m，砂土充填或半充填，與巖層層理的相互組合構(gòu)成了該巖體地下水下滲的主要通道。

e.左岸單薄山梁基巖裸露，上游迎水坡陡立，可構(gòu)成為該山梁的后緣；第②組裂隙走向與大壩近于平行，也可構(gòu)成后緣拉裂面。

根據(jù)巖層產(chǎn)狀、兩組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀、F1斷層產(chǎn)狀及迎水坡各結(jié)構(gòu)面畫赤平投影圖見圖1，F(xiàn)1斷層走向與巖層傾向呈大角度相交，可構(gòu)成側(cè)緣；第②組裂隙走向與巖層傾向也呈大角度相交，有可能構(gòu)成后緣；巖層傾角小于坡面傾角，具臨空條件。

圖1 左壩肩各結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

綜上所述，大壩左岸山體具備了滑坡產(chǎn)生的滑面、側(cè)緣、后緣和臨空等條件。當(dāng)水庫蓄水后，在大氣降水和庫水長期入滲的情況下，泥巖層有可能軟化、泥化。在庫水、地震力等因素作用下，該左岸單薄山梁具備產(chǎn)生順層滑動(dòng)的條件。

3.2 左岸山梁穩(wěn)定性計(jì)算

以下采用剛體極限平衡法對(duì)左岸山梁進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算?；孢x取 T1l-16、T1l-18、T1l-20、T1l-22、T1l-24、T1l-26六個(gè)擬選泥巖層滑動(dòng)面，考慮擬滑面泥巖泥化情況；計(jì)算工狀為水庫正常蓄水位狀態(tài)，考慮滲透壓力和地震力作用。由于與滑動(dòng)方向大角度相交的節(jié)理裂隙較為發(fā)育，后緣選取與滑面相交的較大裂隙面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，山體中發(fā)育三條較長大裂隙，編號(hào)分別為GL1、GL2、GL3，對(duì)其做為后緣分別進(jìn)行了計(jì)算，另外，對(duì)整個(gè)山體沿T1l-16、T1l-18為滑面滑動(dòng)可能也進(jìn)行了穩(wěn)定驗(yàn)算。計(jì)算模型見圖2。

地震力采用下式計(jì)算：

安全系數(shù)采用下式計(jì)算：

圖2 左岸山體滑動(dòng)計(jì)算模型示意圖（以GL2與T1l-16巖組組合滑動(dòng)為例）

上二式中K——安全系數(shù)；

γ——滑動(dòng)巖體的天然重度，取T1l-16巖組以上巖體天然重度的加權(quán)平均值26.27kN/m3；

γs——滑動(dòng)巖體飽和重度，取T1l-16巖組以上巖體飽和重度的加權(quán)平均值26.37kN/m3；

γw——水的重度，取10kN/m3；

V——水上部分滑體體積，m3；由平行斷面法求得；

V′——水下部分滑體體積，m3；由平行斷面法求得；

α——滑動(dòng)面的傾角，取巖層傾角8°；

β——后緣裂隙的傾角，為76°；

φ——天然狀態(tài)滑面的內(nèi)摩擦角，（°）；

φ′——水下部分滑面的內(nèi)摩擦角，（°）；

c——天然狀態(tài)滑面的粘聚力，（kPa）；

c′——水下滑面的粘聚力，（kPa）；

A——水上滑體部分與滑面接觸面水平投影面積，m2；由剖面圖量取；

A′——水下滑體部分與滑面接觸面水平投影面積，m2；由剖面圖量??；

B——滑體后緣水下部分垂直投影面積，m2；由剖面圖量?。?/p>

B′——滑體后緣水上部分垂直投影面積，m2；由剖面圖量??；

h′——滑動(dòng)巖體水上垂直厚度，m；由剖面圖量取；

h——滑動(dòng)巖體水下垂直厚度，m；由剖面圖量取；

F——地震力，kN/m；

an——?jiǎng)討B(tài)分布系數(shù)，取1.0；

ζ——地震效應(yīng)折減系數(shù)，取0.25；

g——重力加速度，m/s2；取10 m/s2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，泥巖泥化后抗剪斷粘聚力c′值為10kPa、抗剪斷摩擦系數(shù) f′值為 0.25。

安全系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按《水利水電邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL386—2007）選取，工程邊坡為4級(jí)，正常狀態(tài)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取1.15，地震狀態(tài)取1.05。

通過穩(wěn)定計(jì)算，水庫正常蓄水（水位663m）并考慮滲透壓力和地震時(shí)，各構(gòu)造與滑面的組合安全系數(shù)值為1.36～1.44，計(jì)算結(jié)果見下表，因此左岸山梁處于穩(wěn)定狀態(tài)。

正常蓄水位（663.0m）左岸山梁抗剪穩(wěn)定計(jì)算成果表