貴州省黔西南某小型水庫庫岸邊坡穩(wěn)定性研究分析

王克銘

(喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災害防治教育部重點實驗室，貴州貴陽550003)

集云水庫位于貴州省黔西南自治州興義市貞豐縣連環(huán)鄉(xiāng)境內(nèi)，為貞豐縣2011年度水利工程新建項目。為防止庫岸坍塌并保證正常蓄水位線以上居民的生命財產(chǎn)安全，故對該水庫庫岸進行穩(wěn)定性分析［1］。

壩址以上集水面積為0.96 km2，初步考慮正常蓄水位為962.4 m，集云水庫大壩設(shè)計為重力壩，大壩最大壩高為15.9 m，壩軸線長約48.22 m，水庫總庫容 22.4萬 m3，按小(2)型設(shè)計，大壩等級為Ⅴ等。水庫設(shè)計洪水標準為30 a一遇、相應洪峰流量為22.3m3/s，校核洪水標準為300 a一遇、相應洪峰流量為 31.8 m3/s。

水庫主要功能為供水，水庫主要樞紐建筑物有攔河壩、泄水建筑物、取水建筑物等。水庫年可供水量7.2×105m3，為農(nóng)村2×103人供水，可灌溉灌區(qū)831畝耕地，其中水田105畝，旱地726畝。配套渠道約為7.8 km。

1 工程地質(zhì)環(huán)境

1.1 地形地貌

工程區(qū)所屬的貞豐縣地處云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地勢從西北向東南呈階梯狀逐級下降。貞豐縣境內(nèi)最高點在西南部龍場鎮(zhèn)龍頭大山，海拔高程1 967 m;最低點在東南角部沙坪鄉(xiāng)北盤江與洛凡河交匯處，海拔高程324 m，相對高差1 643 m。地貌形態(tài)可分為山原糟谷、低山丘陵與巖溶盆地、河谷山地三大形態(tài)。全縣主要以山地、丘陵和山間平壩為主。

測區(qū)大多為低中山地形，山頂高程為1 002～1 089 m，河谷高程930～950 m。分布地層巖性以砂巖、泥巖為主，河谷開闊，山勢低矮，坡度較緩，溝嶺相見，屬峽谷期侵蝕低中山地貌。庫區(qū)的地貌呈現(xiàn)出低山丘陵的主要特征，地形坡度較緩。

1.2 地層巖性

工程區(qū)內(nèi)出露地層由老至新依次為:三疊系下統(tǒng)夜郎組、安順組，三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組、花溪組、藻灰?guī)r、邊陽組、法郎組，三疊系上統(tǒng)賴石科組、把南組、火把沖組，新生界第四系。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)所處大地構(gòu)造單元為揚子準地臺-黔南臺陷-望謨北西向構(gòu)造變形區(qū)內(nèi)，區(qū)域內(nèi)的主要構(gòu)造有:興仁向斜、坡坪同生斷層、雷公灘背斜、貞豐背斜。

1.4 地震及區(qū)域穩(wěn)定性

根據(jù)各構(gòu)造形跡和歷史調(diào)查等進行綜合分析:該區(qū)無挽近期以來的活動性斷裂及深大斷裂發(fā)育，該區(qū)地殼運動屬上升的相對穩(wěn)定時期。

測區(qū)挽近期以大面積間歇性大幅度上升為主，區(qū)內(nèi)地質(zhì)活動微弱，根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，工程區(qū)地震動反應譜特性周期值為0.45 s，地震動峰值加速度為0.05 g，相應的地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

1.5 水文地質(zhì)條件

測區(qū)主要出露三疊系中統(tǒng)邊陽組地層，約占測區(qū)面積的93%，主要為粘土巖及粉砂巖、石英雜砂巖、泥晶灰?guī)r。巖溶發(fā)育弱，未見強烈?guī)r溶發(fā)育現(xiàn)象。

測區(qū)地下水賦存條件與規(guī)律受巖性、構(gòu)造、地貌及大氣降水控制。測區(qū)大面積分布粘土巖及砂巖，這類巖石富水性好，徑流緩慢，泉水流量小，多沿溪溝兩側(cè)巖石裂隙或坡積物中泄出地表。

綜上所述，測區(qū)地下水的補給方式主要是大氣降水通過孔隙、裂隙入滲補給地下水，地下水類型以基巖裂隙水和少量松散巖類孔隙水為主，有少量的碳酸鹽巖巖溶水。

1.6 不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

測區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀整體變化較小，巖溶現(xiàn)象不明顯。庫區(qū)大部被第四系殘坡積土覆蓋，受巖體風化及裂隙切割等因素共同作用，局部易形成不穩(wěn)定塊體塌落，形成崩塌，庫區(qū)中上游較多，規(guī)模較小，崩塌體主要為第四系殘積土夾少量砂泥巖。測區(qū)河谷切割一般較深，坡谷較緩，較陡的斜坡地帶產(chǎn)生較大規(guī)?；碌炔涣嘉锢淼刭|(zhì)現(xiàn)象。區(qū)域不良地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖石風化、崩塌、巖溶、滑坡等形式。總體上測區(qū)內(nèi)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象中等發(fā)育。

1.7 人類工程活動的影響

人類工程活動對庫岸的影響是明顯的［1］，也是不可忽視的因素之一。主要包括切坡、建房、堆填雜物等，人類工程活動改變了庫岸巖土體原有的應力狀態(tài)，當其平衡狀態(tài)被打破時，庫岸就有可能失穩(wěn)。

庫區(qū)內(nèi)主要地層概況見圖1。由庫區(qū)綜合地質(zhì)柱狀圖可以看出，庫區(qū)地多為軟硬相間的砂巖、粘土巖、灰?guī)r互層組合，均為隔水層或相對隔水層，因此也造成了天壇水庫的主要工程地質(zhì)問題是庫岸穩(wěn)定性問題。

圖1 庫區(qū)綜合地質(zhì)柱狀圖

2 庫岸穩(wěn)定性分析

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，整個庫區(qū)內(nèi)山體都比較平緩，巖層連續(xù)且傾角較平緩，庫岸邊坡相對而言比較穩(wěn)定，一般情況下庫區(qū)內(nèi)不易發(fā)生滑坡危害。但在水庫壩址下游附近，觀測到有滑坡現(xiàn)象，但規(guī)模很小，對工程基本無影響。庫區(qū)內(nèi)有4處滑坡出現(xiàn)，滑坡現(xiàn)植被茂密，受地形條件影響，滑坡均滑向連環(huán)小河河谷，滑坡受水的條件影響大，有的滑坡遇大暴雨時會產(chǎn)生蠕滑跡象，因此需進行穩(wěn)定性分析評價。

現(xiàn)取距壩址687 m處的一處滑坡作為研究對象，其具體特征如下:滑坡形態(tài)為蝶形，分布在1 026～1 048 m高程處，高于正常蓄水位，據(jù)初步估計，滑坡面積約為1.78×104m2，滑體厚度約為6 m，為土質(zhì)滑坡，滑坡后緣巖性為黃褐色粘土巖，滑坡前緣為薄層紅褐色粘土巖，滑坡邊界點處巖性為泥頁巖夾黃色中厚層細砂巖，產(chǎn)狀為200°∠47°。發(fā)育兩組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀分別為 295°∠71°、6°∠32°，此節(jié)理為滑坡的控制節(jié)理。

由于該滑坡滑面多為巖土接觸界面，呈折線形，因此，采用規(guī)范推薦的傳遞系數(shù)法(極限平衡法的一種)計算。其計算公式為

式中:ψi為第i計算條塊剩余下滑力向第i+1塊的傳遞系數(shù)。

式中:Fs為滑坡穩(wěn)定系數(shù);ci為第i計算條塊滑動面上巖土體的粘結(jié)強度標準值(KPa);φi為第i計算條塊滑動面上巖土體的內(nèi)摩擦角標準值(°);li為第i計算條塊的滑動面長度(m);θi，ai為第i計算條塊的底面傾角和地下水位面傾角(°);Gi為第i計算條塊的單位寬度巖土體自重(KN/m);Gbi為第i計算條塊滑體的地表建筑物的單位寬度自重(KN/m);Pwi為第i計算條塊的單位寬度的動水壓力(KN/m);Ni為第i計算條塊滑體在滑動面上法線上的反力(KN/m);Ti為第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力(KN/m);Ri為第i計算條塊滑動面上的抗滑力(KN/m)。

將滑帶土室內(nèi)抗剪強度試驗結(jié)果與極限平衡反演分析法所得結(jié)果進行綜合對比，取滑帶土天然狀態(tài)下抗剪強度指標c=40.8 KPa，φ =9.5°，飽水抗剪強度指標 c=18.8 KPa，φ =4.8°，計算剖面如圖2所示。

圖2 計算剖面圖

根據(jù)計算，滑坡體在天然狀態(tài)條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.34，滑坡體較穩(wěn)定;在滑面充水狀態(tài)條件下的穩(wěn)定系數(shù)為0.98，滑坡體不穩(wěn)定。

3 結(jié)論及建議

(1)庫岸邊坡失穩(wěn)是多種因素綜合作用的結(jié)果。如何定量評價各因素對岸坡的影響，巖石的風化程度、地震力、水位變化等對庫岸變坡的影響也至關(guān)重要，由于時間所限，未能進行深入的研究。

(2)據(jù)此計算結(jié)果，應采取工程措施進行預防治理，以免在水庫蓄水后由于庫岸崩塌而導致水庫淤積或損毀水壩?？山Y(jié)合地形進行坡面修整、采用排水等措施，同時，進行坡面防護，在滑坡體前緣進行拋石，防止坡腳沖刷，確?；麦w穩(wěn)定性。

(3)對壩肩開挖施工方案及支護措施應作周全考慮，壩址區(qū)的施工動力因素可能會對庫岸巖體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，施工過程中應加強安全防范措施。

［1］張悼元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京:地質(zhì)出版社.1994.

［2］左建.水利工程地質(zhì)［M］.北京:中國水利水電出版社.1999.

［3］張學年.長江三峽工程庫區(qū)順層岸坡研究.北京:地震出版社.1993.

［4］黃潤秋.高邊坡整體穩(wěn)定性評價探討.水文地質(zhì)與工程地質(zhì).1995.