前進水庫大壩右岸滑坡體穩(wěn)定性分析及處理

寧國鋒

（晉中市水利勘測設計院，山西 晉中 030600）

1 工程概況

前進水庫位于黃河流域汾河水系段純河一級支流（深井河）上，樞紐位于山西省晉中市靈石縣段純鎮(zhèn)郝家川村東約1 km處，是山西省大水網(wǎng)中部引黃工程靈石縣縣域供水調(diào)蓄庫，水庫總庫容199萬m3，其中調(diào)蓄庫容142.3萬m3。水庫規(guī)模為?。ㄒ唬┬?，工程等別為Ⅳ等。水庫樞紐由大壩、泄洪洞和輸水洞組成。大壩為堆石混凝土重力壩，壩頂長172 m，最大壩高34.5 m，壩頂寬6.0 m。

工程區(qū)地處呂梁山脈東麓，汾西黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)河谷切割相對較深，黃土丘陵特有的塬、梁、峁地形極為發(fā)育，基巖多出露于河、溝谷的底部和兩岸。壩址的右岸存在高陡的黃土邊坡，且?guī)靺^(qū)右岸修路時，對多處黃土邊坡進行了切方和挖方，右岸有潛在的滑坡威脅。

2 滑坡體情況分析

2.1 滑坡產(chǎn)生原因

邊坡失穩(wěn)的因素可以歸結(jié)為兩大類。一是外界的作用破壞了巖土體原來的應力平衡狀態(tài)，如路塹或基坑的開挖；另一個是邊坡巖土體的抗剪強度由于受外界各種因素的影響而降低，促使邊坡失穩(wěn)破壞，如巖土體受到雨水、風沙侵蝕，以及季節(jié)變化帶來的溫度侵蝕等。本工程邊坡失穩(wěn)，主要是由第一種因素導致的。

擬建壩址處附近有鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路，現(xiàn)狀公路有一部分處在滑坡體上，由于對壩址右岸公路進行削坡，破壞了原河谷岸坡的天然平衡，土體在重力作用下產(chǎn)生了一個小的滑坡體。

2.2 滑坡體工程地質(zhì)情況

經(jīng)勘察測量，該滑坡為一處小型均質(zhì)土層滑坡，滑坡未穿透至基巖地層，切割土層深度5～20 m，為中層滑坡?；旅鏋槌谑捷綘罨?，滑面傾向N50°W，后緣滑面較陡，傾角約60°～70°，前緣較緩，傾角在15°～40°之間，開口處寬度約 100 m，長度約 65 m，估計滑動土方量約2×40 m3，從滑坡量上分類，該滑坡為小型滑坡。

該滑坡位于右壩肩上游，滑面底部高于壩頂設計高程，滑動方向傾向河谷偏上游，所以對大壩的影響較小。但滑坡可能對右壩肩的施工造成一定影響，也可能破壞公路，所以必須對該滑坡進行穩(wěn)定分析，以便提出合理的處理措施。滑坡體范圍見圖1。

3 滑坡體穩(wěn)定性分析

分析斷面計算工況考慮現(xiàn)狀邊坡和現(xiàn)狀邊坡發(fā)生地震時兩種情況。

計算方法選用兩種。一種是不考慮現(xiàn)狀邊坡的搓動情況，采用簡化的畢肖普法尋找最危險的滑弧面來計算現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定情況；二是按照地質(zhì)勘探建議的折線形滑動面，采用剩余推力法來計算滑坡體的穩(wěn)定情況。

3.1 簡化畢肖普法

3.1.1 計算參數(shù)的選取

本土體上部為黃土層，下部為鋁土質(zhì)頁巖和白云質(zhì)灰?guī)r，根據(jù)地質(zhì)建議值，邊坡各土體物理力學指標見表1。

3.1.2 邊坡穩(wěn)定計算

根據(jù)《水利水電工程邊坡設計規(guī)范》（SL 386-2007），對于5級邊坡，正常運用條件（現(xiàn)狀邊坡）時，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標準為1.1～1.05，非常運用條件Ⅱ（現(xiàn)狀邊坡加地震）時抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.05～1.00。本次采用河海大學《Autobank》軟件7.08版進行計算，經(jīng)計算現(xiàn)狀邊坡、現(xiàn)狀邊坡加地震時抗滑穩(wěn)定系數(shù)分別為2.35、1.99。計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。滑弧面簡圖見圖2。

圖1 滑坡體范圍

表1 壩坡穩(wěn)定計算參數(shù)表

圖2 現(xiàn)狀邊坡時滑弧面示意圖

3.2 剩余推力法

根據(jù)《水利水電工程邊坡設計規(guī)范》中的不平衡推力傳遞法計算公式，計算簡圖見圖3、圖4。

圖3 不平衡推力傳遞法計算分解圖

計算公式如下：

式中：K——邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)；

Ri、Rn——第i條塊和第n條塊底面抗滑力的合力，kN/m；

ψi——第i滑動條塊側(cè)面的推力傳遞系數(shù)；

Ti、Tn——第i條塊和第n條塊底面滑動力的合力，kN/m；

Wi——第i條塊重量，kN；

Qi——第i條塊水平向地震慣性力（Q方向與邊坡滑動方向一致時取“+”，反之取“-”），kN；

Ui——第i條塊底面的孔隙壓力，kN；

αi——第i條塊底面與水平面的夾角（以水平線為起始線，順時針為正，逆時針為負）；

ci、φi——第i條塊底面上的有效凝聚力，kPa和內(nèi)摩擦角，°；

Ai——第i條塊底面積。

土體的計算參數(shù)，根據(jù)表1選取，即C=20.0 kPa，f=tanφ=0.467。

圖4 不平衡推力傳遞法計算簡圖

經(jīng)計算，現(xiàn)狀邊坡、現(xiàn)狀邊坡加地震工況下，計算得剩余下滑力分別為-1794、-1704，剩余推力均為負值，可知兩種工況下土體均無下滑推力，滑坡穩(wěn)定。

滑坡具有蠕動變形、滑動破壞和漸趨穩(wěn)定三個階段。經(jīng)過上述穩(wěn)定計算可知，該邊坡目前的應力狀態(tài)是穩(wěn)定的。因此可以推論，該邊坡在公路施工的影響下產(chǎn)生了蠕動變形，造成了局部滑動破壞，滑動后邊坡已經(jīng)處于漸趨穩(wěn)定的狀態(tài)。

4 滑坡體處理

經(jīng)過以上分析，可知該邊坡現(xiàn)階段是穩(wěn)定的，但是為了坡腳公路的安全運行和大壩施工的順利進行，擬對該邊坡進行加固處理。具體如下：

第一，邊坡底部增設擋墻。在公路邊滑坡體前緣，設置一衡重式擋土墻，擋墻高4.5 m，底部伸入鋁土質(zhì)頁巖1.5 m（要求墻體伸入下部穩(wěn)定層深度，不小于墻高的1/3），墻頂設漿砌石排水溝，斷面尺寸為0.4 m×0.4 m，對現(xiàn)狀錯動的土體不做削坡處理。

第二，布設變形監(jiān)測。鑒于滑坡體后緣有滑動痕跡，由于其緊臨壩肩，運行期應對其加強監(jiān)測，擬在滑坡體范圍布設地表變形監(jiān)測，內(nèi)容包括地表位移監(jiān)測、地表裂縫監(jiān)測和地表隆起變形監(jiān)測。

第三，地表位移監(jiān)測。在邊坡?lián)鯄斞刂麦w縱段，設變形觀測測點，共設測點3個，位置應和大壩位移變形測點相結(jié)合；并在滑坡5 m外布設相應工作基點（部分為大壩位移變形監(jiān)測工作基點），校核基點采用大壩位移變形監(jiān)測校核基點。

5 結(jié)語

根據(jù)工程實際，研究適合滑坡體加固的處理措施，可有效避免或減少滑坡造成的危害，本工程的處理措施，保障了坡腳公路的安全運行以及大壩施工運行的順利進行。