五馬水庫大壩左岸山體穩(wěn)定性分析

陳世偉

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

1 工程概況

五馬水庫位于山西省古縣縣城西南五馬村東北約1 km處。壩址所在河流屬汾河一級支流——洪安澗河南支。大壩壩型為漿砌石重力壩，是一座以工業(yè)供水、發(fā)電為主的?。ㄒ唬┬退畮?。附屬建筑物主要包括非溢流壩段、漿砌石溢流壩段、泄洪排沙洞、水電站及排水洞等。水庫正常蓄水位682.5 m，庫容992萬m3，最大壩高58.6 m，壩頂長253 m，壩頂寬6 m，壩頂高程684.1 m。

2 左壩山體工程地質(zhì)

左岸山體為基巖山區(qū)，具山間河谷地貌，河流呈“S”型。谷底地面高程為 631～639 m，坡角 35°～45°，山頂高程約735 m，高差96～104 m，屬侵蝕低中山區(qū)。左岸山體出露地層主要為三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）地層，巖性為細(xì)粒砂巖、粉砂巖、礫巖及泥巖。據(jù)基巖巖性及工程地質(zhì)特性，將其自下而上分為33個巖組。其中T1l-1～T1l-14巖組位于河床高程以下，T1l-15～T1l-33巖組分布于壩址兩岸。河床高程以上至正常高庫水位之間左壩肩發(fā)育6層較連續(xù)的泥巖層。左岸山體巖層呈單斜構(gòu)造，層理發(fā)育，巖層產(chǎn)狀為N45°W.SW∠8°。另外還發(fā)育F1斷層：該斷層自水庫庫區(qū)穿過壩址左岸山梁鞍部伸向下游，距壩基左端開挖面最近點(diǎn)約105 m，為一正斷層，斷面走向N35°～50°E，傾向SE，傾角 60°～71°，斷距 10～15 m，斷層破碎帶寬 1.5～2 m，向下游南西方向延伸長度約1 km。巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，其產(chǎn)狀分別為：第一組N30°～55°E/NW∠70°～88°或 SE∠80°～85°，第二組 N40°～65°W/NE∠75°～88°或 NE∠65°～80°。其中第一組裂隙面多平直光滑，延伸較長，裂隙寬0.1～0.3 cm，裂隙間距最小0.35 m，最大2 m，一般0.5～1.5 m，泥或鈣質(zhì)充填、半充填，部分裂隙閉合；第二組裂隙面較平直，延伸短，裂隙寬0.05～0.1 cm，裂隙間距最小0.6 m，最大8 m，一般 3～6 m，多閉合。

壩址區(qū)地下水類型分為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種類型。松散巖類孔隙水含水層主要分布于河漫灘卵石混合土層，埋深0.5～2 m。碎屑巖類裂隙水含水層為三疊系下統(tǒng)劉家溝組中的細(xì)砂巖及礫巖，泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為隔水層。左壩肩地下水水位631～640 m?？傮w來看，地下水主要接受上游來水及大氣降水補(bǔ)給，由上游流向下游、兩岸補(bǔ)給河流。

3 左岸巖體穩(wěn)定性及評價(jià)

3.1 左岸山體穩(wěn)定性分析

左壩肩為一單薄山梁，走向近東西向，上部基巖裸露，巖層傾向下游偏左岸，山頂高程725 m，而河床底高程633 m，岸坡坡角約21°，大于巖層傾角，因此左岸下游具備臨空條件。

左壩肩存在F1斷層，斷層距左岸開挖面約105 m，斷面走向 N35°～50°E，傾向 SE，傾角 60°～71°，斷距10～15 m，斷層破碎帶寬1.5～2.0 m，構(gòu)成左岸山體側(cè)緣分割邊界條件。

組成左岸山梁的地層巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖及礫巖層，在庫水位下連續(xù)發(fā)育多層泥巖。該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條件。

左岸巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀分別為：第一組 N45°～52°E/NW 或 SE∠70°～85°，第二組N47°～58°W/NE 或 SW∠70°～86°，裂隙面多平直光滑，延伸較長，裂隙寬0.1～0.3 cm，發(fā)育間距0.5～1.5 m。兩組裂隙與巖層層理的相互切割構(gòu)成了該巖體地下水下滲的主要通道。

左岸單薄山梁基巖出露，上游背水坡陡立，可構(gòu)成山梁的后緣，同時，第二組裂隙走向與左岸巖層傾向大致垂直，也可構(gòu)成后緣拉裂面。

綜上所述，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)生順層滑動的條件。

3.2 左岸山梁穩(wěn)定性計(jì)算

采用剛體極限平衡法對左岸山梁進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，基本評價(jià)公式為：

式中：K——安全系數(shù)；

N——垂直于滑裂面的作用力，kN；

f1——抗剪斷摩擦系數(shù)；

c1——抗剪斷凝聚力，kPa；

A——計(jì)算滑裂面的面積，m2；

T——沿滑裂面的作用力，kN。

滑面選取 T1l-16，T1l-18，T1l-20，T1l-22，T1l-24，T1l-26六個擬選泥巖層，分別考慮擬滑面泥巖未泥化和泥化兩種情況；計(jì)算工況分天然狀態(tài)、水庫正常蓄水狀態(tài)和有地震力作用下的狀態(tài)。后緣選取與滑面相交的較大貫通性裂隙面GL2。

表1 左岸山體穩(wěn)定計(jì)算成果統(tǒng)計(jì)表

建議泥化夾層抗剪斷指標(biāo) f′=0.25、c ′=0.01 MPa；未泥化泥巖抗剪斷強(qiáng)度參數(shù) f′=0.38、c′=0.02 MPa。安全系數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按《水利水電邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》選取，工程邊坡為4級，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。經(jīng)計(jì)算，左岸山體在各狀態(tài)下穩(wěn)定性見表1。

3.3 左岸山梁穩(wěn)定性評價(jià)

據(jù)表1可知，在天然狀態(tài)（水庫未蓄水）時：泥巖未泥化，安全系數(shù)值為3.19～6.0，處于穩(wěn)定狀態(tài)。在天然狀態(tài)（水庫未蓄水）并考慮有地震時：泥巖未泥化，安全系數(shù)值為2.31～3.47，處于穩(wěn)定狀態(tài)。在水庫正常蓄水，滑體部分飽和時：泥巖未泥化，安全系數(shù)值為2.47～3.02，處于穩(wěn)定狀態(tài)；泥巖泥化，安全系數(shù)值為1.58～1.94，處于穩(wěn)定狀態(tài)。在水庫正常蓄水并考慮滲透壓力時：泥巖未泥化，安全系數(shù)值為1.69～3.02，處于穩(wěn)定狀態(tài)；泥巖泥化，GL2與T1l-16組合的安全系數(shù)為1.08，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其余組合的安全系數(shù)為1.20～1.94，處于穩(wěn)定狀態(tài)。水庫正常蓄水并考慮滲透壓力和地震時：泥巖未泥化，安全系數(shù)值為1.27～2.21，處于穩(wěn)定狀態(tài)；泥巖泥化，GL2與T1l-16，T1l-18，T1l-20組合的安全系數(shù)分別為0.81，0.89，1.02，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；GL2與T1l-22組合的安全系數(shù)為1.05，處于臨界狀態(tài)；其余組合的安全系數(shù)為1.25～1.42，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 工程處理建議

五馬水庫左岸單薄山梁在正常蓄水后存在滑動的可能性，為確保水庫正常運(yùn)行，建議采取開挖、防滲、排水、抗阻等綜合措施，防止泥巖層軟化、泥化并減少滲透壓力。具體措施如下：開挖：將左壩肩松散巖體及強(qiáng)風(fēng)化層全部清除。開挖后，整個滑體將減重，對左岸山體穩(wěn)定有利。固結(jié)灌漿：壩肩開挖后對巖基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，一方面可增加地基的整體性和強(qiáng)度，另外還可增加結(jié)構(gòu)面（主滑面）的抗剪強(qiáng)度，提高邊坡穩(wěn)定性。設(shè)防滲帷幕及排水減壓：建議在左岸單薄山梁段設(shè)防滲帷幕，其下限高程為625.5～654.5 m，在F1斷層帶及其影響帶內(nèi)增大灌漿帷幕下限深度，切實(shí)做好防滲處理措施；同時在滑面附近設(shè)排水洞。這樣既可減少泥巖泥化，又可減少壩肩巖體中的滲透壓力，對左岸山體穩(wěn)定有利。在左壩肩下游應(yīng)適當(dāng)采取阻滑措施，以提高左壩肩的穩(wěn)定性。