松塔水電站右壩肩穩(wěn)定分析

李紅枝

（山西省運(yùn)城市北趙引黃工程建設(shè)管理局，山西 萬榮 044200）

松塔水電站右壩肩穩(wěn)定分析

李紅枝

（山西省運(yùn)城市北趙引黃工程建設(shè)管理局，山西 萬榮 044200）

闡述了壩址區(qū)工程地質(zhì)條件，分析了右壩肩軟弱夾層的分布、厚度、產(chǎn)狀及其物理力學(xué)性質(zhì)，與庫(kù)水位的關(guān)系，確定了可能的滑動(dòng)面和拉裂面，當(dāng)水庫(kù)達(dá)正常蓄水位時(shí)，對(duì)右壩肩巖體淺層和深層滑動(dòng)的各種可能組合進(jìn)行了穩(wěn)定驗(yàn)算。

工程地質(zhì)條件；右壩肩；軟弱夾層；穩(wěn)定分析。

1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

壩址區(qū)內(nèi)河流呈“S”型，流向?yàn)镹70°W左右，河流縱坡為12‰，河谷寬約240～250 m，為“U”型谷。河谷地形較為平坦，地面高程為968～985 m，局部基巖裸露；兩岸為基巖山區(qū)，山頂高程為1 076～1 087 m，相對(duì)高差91～119 m。工程區(qū)屬侵蝕低中山區(qū)，其中河流右岸發(fā)育一古河道，古河道底高程約1 020～1 022 m。

1.2 地層巖性

壩址區(qū)兩岸出露的地層主要為第四系地層和三疊系下統(tǒng)劉家溝組地層。三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）據(jù)其巖性及工程地質(zhì)不同特征，將其分為13個(gè)巖組，即T1l-1～T1l-13，一般單數(shù)巖組主要由細(xì)砂巖夾粉砂巖、泥巖構(gòu)成，巖性相對(duì)較硬，雙數(shù)巖組主要由粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾細(xì)砂巖構(gòu)成，巖性相對(duì)較軟。巖組厚度一般在10～30 m之間，T1l-1～T1l-6巖組在河床下，T1l-7～T1l-13巖組分布于壩址區(qū)左右兩岸。由于砂頁(yè)巖巖性、巖相及厚度變化較大，巖組劃分只是宏觀控制。第四系松散堆積物主要由中、上更新統(tǒng)低液限粘土、低液限粉土及全新統(tǒng)卵石混合土層構(gòu)成，主要分布于兩岸山頂山坡及河谷部位。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)巖層產(chǎn)狀N30°～50°W/SW∠4°～6°，傾向左岸偏下游。巖體中節(jié)理裂隙主要發(fā)育四組，其產(chǎn)狀分別為：①N20°～40°E/SE∠65°～85°；②N70°～90°E/NW∠70°～90°；③N70°～85°W/SW∠40°～85°；④N10°～30° W/SW∠50°～80°。①組和④組最發(fā)育，一般延伸較長(zhǎng)，隙寬一般0.1～1.0 cm，裂隙間距最小0.1 m，最大5 m，一般0.5～3.0 m，泥或鈣質(zhì)充填、半充填，部分閉合。右壩肩發(fā)育一條f2斷層，位于壩軸線下游140 m處，其產(chǎn)狀為N10°E/NW∠75°，斷距12～30 m，破碎帶寬約1.5～2.5 m左右，泥質(zhì)物及碎石充填，延伸長(zhǎng)度約700 m。

1.4 水文地質(zhì)

壩址區(qū)地下水類型有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現(xiàn)代河漫灘及Ⅰ級(jí)階地的卵石混合土層，埋深1.0～4.0 m。水位受河水變化影響較大。

碎屑巖類裂隙水含水層為三疊系下統(tǒng)劉家溝組中的長(zhǎng)石砂巖，相對(duì)隔水層為泥巖、泥質(zhì)砂巖，地下水具有多層性。

據(jù)鉆孔資料：左壩肩地下水水位在954.60～955.93 m之間，壩基地下水水位在945.07～954.93 m之間，右壩肩地下水水位在952.19～956.90 m之間，在勘探深度內(nèi)，隨深度的增加而水位逐漸降低?？偟脕砜?，地下水位由上游向下游、由兩岸向河床逐漸降低，壩址區(qū)地下水位均低于河水位，一般低于河水位13～25 m。砂巖的透水性取決于砂巖的裂隙發(fā)育情況，泥巖、砂質(zhì)泥巖裂隙不發(fā)育，為相對(duì)隔水層，因此各含水層之間水力聯(lián)系很小，該類地下水具有層間水的特征。該類水主要接受大氣降水補(bǔ)給，河床下還接受河水及孔隙水補(bǔ)給，總體由兩岸向河谷，由上游向下游流動(dòng)。

2 右壩肩穩(wěn)定分析評(píng)價(jià)

右壩肩處沖溝較發(fā)育，共計(jì)發(fā)育有4條沖溝，近壩軸線下游的一條沖溝最長(zhǎng)約350 m，最短的沖溝長(zhǎng)約200 m。

右壩肩主要為巖質(zhì)邊坡，巖性為T1l-7～T1l-11巖組細(xì)砂巖、粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、泥巖。強(qiáng)風(fēng)化層厚1～3 m。巖層產(chǎn)狀N50°W/SW∠6°，傾向于河床偏下游。發(fā)育節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀分別為：①N10°～30°E/NW或SE∠80°～90°；②N70°～90°E/NW∠50°～85°。據(jù)ZKc97-6號(hào)孔資料，孔深23.42～23.45m（高程1033.36～1033.39m）之間發(fā)現(xiàn)一泥化夾層，但處于正常水位1 027.00 m以上。

壩肩上T1l-8，T1l-10巖組中泥巖夾層較多，為了解不利狀態(tài)下泥巖的抗剪性能，水庫(kù)勘察可研階段對(duì)右壩肩出露的泥巖取了1組擾動(dòng)樣，做擾動(dòng)配樣土的抗剪強(qiáng)度，按干密度1.4，1.6，1.8 g/cm3分別配樣，不同干密度下的抗剪強(qiáng)度見表1。

右壩肩ZK13b-4鉆孔中泥巖礦物分析結(jié)果，伊利石占44%、綠泥石占23%、石英占10%、長(zhǎng)石占12%、方解石占2%、赤鐵礦占9%，泥巖礦物成分主要以伊利石為主，不含蒙脫石。

表1 右壩肩泥巖擾動(dòng)配樣土不同干密度下抗剪強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

建庫(kù)前右壩肩地下水水位在952.19～956.90 m之間，現(xiàn)狀右壩肩地下水水位在973.15～986.48 m之間，地下水位抬升了20.96～29.58 m。水庫(kù)建成運(yùn)行后，右壩肩地下水位上升幅度較大，但在右壩肩山梁下游背后未發(fā)現(xiàn)有庫(kù)水滲漏出溢。

據(jù)右壩肩地質(zhì)剖面并結(jié)合右壩肩工程地質(zhì)條件，采用適當(dāng)公式對(duì)右壩肩穩(wěn)定程度進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算時(shí)庫(kù)水位按正常蓄水位1 027 m考慮；下游f2斷層視為臨空面；淺層滑動(dòng)面取T1l-6巖組的頂部；深層滑動(dòng)面取T1l-4巖組的頂部；拉裂面分別取右肩部位的4個(gè)沖溝，每個(gè)滑面按4個(gè)部位分別進(jìn)行計(jì)算；滑面均位于地下水位之下，滑面摩擦系數(shù)取0.2；凝聚力c（kPa）與滑體厚度有關(guān)h（m），大體為c=h；厚度h為加權(quán)厚度，即滑體面積/滑體長(zhǎng)度；公式采用《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）P550，計(jì)算結(jié)果見表2。

滑體部分飽水，可按下式計(jì)算：

滑體全部飽水，可按下式計(jì)算：

表2 汾河水庫(kù)出口化學(xué)需氧量、氨氮特征現(xiàn)狀 單位：mg/L

裂隙未充水，在地震力作用下，可按下式計(jì)算：

式中：K——安全系數(shù)

γ——滑動(dòng)巖體的天然重度，kN/m3；

γs——滑動(dòng)巖體飽水后的重度，kN/m3；

γw——水的重度，kN/m3；

h——滑動(dòng)巖體的垂直厚度，m；

hs——滑動(dòng)巖體的飽水厚度，m；

c——滑帶巖、土的凝聚力，kPa；

φ——滑帶巖的內(nèi)摩擦角，°；

α——滑動(dòng)面的傾角，°；

F——地震力，kN/m；

a——地震加速度，m/s2，基本烈度為Ⅶ度，地震加速度值取0.10 g；

g——重力加速度，取9.81 m/s2。

評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性要考慮滑坡安全系數(shù)Ks，當(dāng)K＞Ks，滑體穩(wěn)定，反之則不穩(wěn)定，當(dāng)K=Ks時(shí)，處于臨界狀態(tài)。據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》，滑坡安全系數(shù)一般取1.05～1.25。鑒于右岸潛在滑動(dòng)塊體未滑動(dòng)過，其側(cè)緣、后緣存在一定的摩阻力，故此次評(píng)價(jià)時(shí)安全系數(shù)按1.05考慮。根據(jù)表2可知，各種工況、不同滑體的穩(wěn)定系數(shù)K值在1.28～2.43之間，均大于安全系數(shù)1.05，說明右壩肩是穩(wěn)定的。

另外，從試驗(yàn)結(jié)果看，配樣土的內(nèi)摩擦角均在26°以上，摩擦系數(shù)較大，壩肩巖層平緩（5°～7°），下滑力不大，在正常庫(kù)水位1 027.00 m以下目前尚未發(fā)現(xiàn)存在泥化夾層，泥巖礦物成分主要以伊利石為主，不含蒙脫石。綜合分析，水庫(kù)蓄水后，右壩肩不會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的滑動(dòng)。

3 結(jié)論

右壩肩泥巖配樣土的內(nèi)摩擦角試驗(yàn)值較大，壩肩巖層平緩（6°～7°），向河谷臨空面方向巖層視傾角很小，下滑力不大，在正常庫(kù)水位1 027 m以下目前尚未發(fā)現(xiàn)存在泥化夾層，泥巖礦物成分主要以伊利石為主，不含蒙脫石。結(jié)合右壩肩穩(wěn)定分析計(jì)算，水庫(kù)蓄水后，右壩肩產(chǎn)生大規(guī)?；瑒?dòng)的可能性不大。

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1004-7042（2017）06-0049-02

李紅枝（1968-），女，2015年畢業(yè)于華北水利水電大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-04-20；

2017-05-31