張峰水庫庫區(qū)黃家溝岸坡穩(wěn)定性分析

盧建斌

（晉中市水文水資源勘測分局）

1 工程概況

張峰水庫位于沁水縣張峰村的沁河干流上，壩控流域面積4 990 km2，總庫容3.94億m3，屬大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等，主要建筑物等級(jí)為2級(jí)。水庫樞紐包括：攔河大壩、導(dǎo)流泄洪洞、供水發(fā)電洞和溢洪道等。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2 000 a一遇。壩頂高程768.3 m，最大壩高72.2 m，壩頂長638 m，正常蓄水位756.5 m，主要功能為城鄉(xiāng)供水、農(nóng)田灌溉、蓄水發(fā)電等。

張峰水庫壩址地處沁水縣鄭莊鄉(xiāng)張峰村下河北上游約500 m處，庫尾至臨汾市安澤縣馬壁鄉(xiāng)東里村和西里村，水庫在正常蓄水位情況下，回水長度約25 km。沁河河谷在庫區(qū)內(nèi)呈不對(duì)稱型，河曲發(fā)育，呈典型的河流地貌特征，河床高程由壩址至庫尾為700-760 m，河谷寬250-800 m。兩岸山體宏厚，山頂高程均在820 m以上，為剝蝕侵蝕低中山區(qū)。

根據(jù)《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》中的圖A1和《中國地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》中的圖B1，水庫及壩址區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，地震烈度為7°，地震動(dòng)反應(yīng)譜為0.45 s。

2 潛在不穩(wěn)定岸坡地質(zhì)條件

張峰水庫蓄水后，庫區(qū)的土質(zhì)岸坡易發(fā)生坍岸等重力侵蝕。庫區(qū)巖質(zhì)邊坡一般分布在河流凹岸和順直河段，基巖岸地面自然邊坡一般為20°-60°，上部較緩下部較陡，近河床地段局部陡立，陡壁高約10-50 m。庫區(qū)地層為三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l），以棕紅、紫紅色細(xì)砂巖和粉砂巖為主，夾有薄層礫巖和泥巖，地層較平緩，局部受褶皺影響傾角變陡。據(jù)調(diào)查，左岸黃家溝基巖岸坡，巖層傾向河流，河流走向N10°-20°E，巖層走向N15°-30°E或N20°-30°W，傾向SW，傾角3°-16°。該處有一小型滑坡體，說明局部地段曾經(jīng)發(fā)生過滑動(dòng)，該處岸坡可視為潛在不穩(wěn)定岸坡地段。左岸上伯候岸坡，情況類似，也可視為潛在不穩(wěn)定岸坡。其余各段的巖質(zhì)岸坡，巖層傾角平緩，巖體節(jié)理裂隙、風(fēng)化等不甚發(fā)育，穩(wěn)定條件較好，僅在局部小范圍可能產(chǎn)生崩塌或掉塊。

黃家溝潛在不穩(wěn)定岸坡距大壩約12 km，位于黃家溝村附近的沁河左岸，河岸在此為侵蝕凹岸。該潛在不穩(wěn)定岸坡可劃分為兩部分：上游潛在不穩(wěn)定岸坡順沁河方向長約600 m，寬約50 m；下游潛在不穩(wěn)定岸坡，順沁河方向長約300 m，寬約50 m。該岸坡南邊存在一小型坍滑體，范圍不大，其成因可能與荷載作用、河流淘蝕、沖溝及寬大裂隙的切割等因素有關(guān)。沁河河床的此處高程為732 m，左岸山頂高程大于850 m。山頂、山脊被第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）淡紅色低液限黏土覆蓋，岸坡及沖溝兩側(cè)，出露三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）的長石砂巖夾薄層砂質(zhì)泥巖、泥巖和礫巖。據(jù)鉆孔資料，岸坡由粉砂巖、細(xì)砂巖夾泥巖、礫巖組成，其中層底在高程740.6 m和737.2 m處，分別夾有1層厚1.60 m和0.60 m的紫紅色泥巖，這兩層紫紅色泥巖在河床左岸下部陡立的岸坡處有露頭，可視作潛在不穩(wěn)定岸坡的軟弱結(jié)構(gòu)面。巖層產(chǎn)狀N20°-30°W.SW∠3°-6 °，有三組節(jié)理裂隙比較發(fā)育：N20°-30°W.SW∠80°-90°，N40°-50°E.SE∠50°-60°和N0°-10°E.SE∠ 60°-70°。節(jié)理裂隙面平直光滑，隙寬1-20 mm，延伸長度大于3 m，裂隙間距0.5-3 m，大多無充填。

3 黃家溝岸坡穩(wěn)定分析

黃家溝邊坡產(chǎn)狀大致為N20°E.NW∠50°，上述三組節(jié)理裂隙及巖層產(chǎn)狀與邊坡的赤平投影詳見圖1。

圖1 黃家溝潛在不穩(wěn)定岸坡各結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

3.1 定性分析

由圖1可知，各組節(jié)理裂隙在赤平投影圖上的交點(diǎn)，位于坡面投影弧的另一側(cè)，結(jié)構(gòu)面交線傾向與坡面相反，說明這三組節(jié)理裂隙切割的岸坡巖體是穩(wěn)定的。節(jié)理②與巖層產(chǎn)狀在赤平投影圖上的交點(diǎn)，位于坡面投影弧的外側(cè)，說明交線傾角平緩，緩于坡面傾角。兩組結(jié)構(gòu)面交線在坡頂無出露，說明岸坡比較穩(wěn)定。

3.2 定量分析

根據(jù)張峰水庫庫區(qū)綜合地質(zhì)圖附圖中的地質(zhì)剖面，對(duì)岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行初步驗(yàn)算?？紤]到泥巖軟弱巖層的存在，由此形成單一或多層軟弱結(jié)構(gòu)面，其岸坡坡度大于巖層傾角。

岸坡可能滑動(dòng)的邊界條件：①邊坡傾向與巖層傾向一致；②存在軟弱泥巖層，且在河床之上的岸坡有泥巖出露；③有大裂隙與沖溝的切割；④向河流方向存在臨空面。

巖質(zhì)岸坡巖體中的節(jié)理裂隙較發(fā)育，滲透性較好，所以不會(huì)產(chǎn)生太大水頭的靜水壓力。加之巖質(zhì)岸坡內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)有貫通性裂隙，因此，在定量計(jì)算時(shí)不考慮靜水壓力的作用。穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算采用下面的公式，按最不利的組合狀態(tài)考慮，即在水庫正常蓄水位情況下，巖質(zhì)岸坡處于部分飽水狀態(tài)，且產(chǎn)生泥化、軟化，有地震力影響。

采用的岸坡穩(wěn)定性驗(yàn)算公式：

式中：K——穩(wěn)定系數(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；

γω——水的重度，kN/m3；

h——滑動(dòng)巖（土）體的垂直厚度，m；

hs——滑動(dòng)巖（土）體的飽水厚度，m；

c——滑帶巖、土的凝聚力，kPa；

φ——滑帶巖、土的內(nèi)摩擦角，°；

α——滑動(dòng)面的傾斜角，°；

ɑ——地震加速度，m/s2；

g——重力加速度，m/s2。

滑面c、φ值按照規(guī)范及對(duì)軟弱夾層進(jìn)行的試驗(yàn)確定。對(duì)于巖質(zhì)邊坡潛在的滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度可取峰值強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面按泥夾巖屑型考慮，該類結(jié)構(gòu)面的摩擦系數(shù)f取值范圍為0.35-0.25，c為0.05-0.02 MPa。據(jù)壩基中軟弱夾層試驗(yàn)資料，其峰值強(qiáng)度c=0.02-0.022 MPa，f=0.28-0.34。由于巖質(zhì)邊坡未產(chǎn)生破壞，故一般取大值。綜合考慮后，f取0.30，c取0.03 MPa。

滑體的γ、γs值參照壩址區(qū)巖塊試驗(yàn)，取平均值26.3 kN/m3、26.5 kN/m3；α取6°；h取正常蓄水位范圍內(nèi)泥巖層以上的高度，考慮按30 m；hs取正常水位以下至泥巖層的厚度，考慮按15 m；a/g在7°地震時(shí)為0.1。

經(jīng)計(jì)算，在水庫正常蓄水位情況下，巖質(zhì)岸坡處于部分飽水狀態(tài)，有地震力影響時(shí)，岸坡穩(wěn)定系數(shù)K=1.37。安全系數(shù)Ks值參照有關(guān)規(guī)范，采用1.10-1.25。鑒于該段岸坡未發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)過，其側(cè)緣、后緣存在一定的摩阻力，安全系數(shù)按最大1.25考慮。計(jì)算結(jié)果表明，按最不利的組合狀態(tài)考慮，穩(wěn)定系數(shù)K值大于安全系數(shù)Ks。所以，此處邊坡是穩(wěn)定的。

4 結(jié)語

分析結(jié)果表明，張峰水庫庫區(qū)黃家溝一帶岸坡總體上是穩(wěn)定的，僅會(huì)產(chǎn)生小規(guī)模的局部坍塌或掉塊。此外，黃家溝下游小型坍滑體基本處于正常蓄水位以下，且范圍很小，對(duì)水庫運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生太大影響。