龍山水庫壩后滑坡與地質(zhì)原因分析

程守金 王雪霞 唐 愷

（1.山東省臨沂市水利勘測設計院 臨沂 276001 2.淮河水利委員會治淮工程建設管理局蚌埠 233001）

1 工程概況

龍山水庫位于山東省臨沂市莒南縣坪上鎮(zhèn)龍山村北200m 處牛廟河上，控制流域面積10.85km2，水庫總庫容630 萬m3，興利庫容452 萬m3，是一座以防洪為主、兼具灌溉、養(yǎng)殖等綜合功能的?。?）型水庫。水庫于1965年9月動工興建，1966年完成第一期工程，1972年2月正式竣工，竣工后壩頂高程102.90m，1973年大壩加高約2.8m，壩頂高程達到105.20m，2009年完成除險加固工程，壩頂高程降為104.70m。龍山水庫設計洪水標準為50年一遇，設計洪水位103.57m，校核標準為500年一遇，校核洪水位104.44m。龍山水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水洞等組成。大壩全長312m，壩頂高程104.66～104.73m，壩頂寬4m，防浪墻頂高程105.64～105.70m。溢洪道為開敞式，控制斷面底高程101.08m。放水洞位于大壩樁號0+209 處，原為漿砌石無壓方洞，進口底高程84.56m，2009年除險加固工程內(nèi)襯鋼管，襯管與原砌石廊道之間充填灌漿處理。

2 下游壩坡滑坡及搶險情況

2020年8月14日龍山水庫流域17 個小時內(nèi)降雨量達到327mm，超有記載以來的歷史最大日降雨量紀錄，水庫水位暴漲，最高庫水位達102.00m，6時50 分，巡查責任人發(fā)現(xiàn)樁號0+082 壩后坡高程96.00m 有滲水現(xiàn)象，并做了標記；7 時13 分，再次巡查時，發(fā)現(xiàn)該處約有0.5m2土壤發(fā)生軟化冒水現(xiàn)象，拍照上傳至鎮(zhèn)水庫微信管理群預警；7 時50 分，發(fā)現(xiàn)樁號0+078～0+087 段壩后坡高程95.06～99.50m 土體發(fā)生滑坡，滑坡面積約7m×4m，滑坡體最大深度1.6m，滑坡體積約28m3。由于降雨持續(xù)不斷，壩前水位居高不下，壩坡下游壩殼土壤高度飽和，土體軟化冒水現(xiàn)象明顯，險情不斷加劇，在上述滑坡點同一高度右側，間隔4～7m 處相繼出現(xiàn)3 處壩坡土壤軟化冒水點，左側間隔3～5m 處相繼出現(xiàn)2 處壩坡土壤軟化冒水點，樁號0+147 橫向排水溝右側0.5m 處出現(xiàn)直徑5cm 冒水孔，樁號0+212 橫向排水溝間隔出現(xiàn)4 處深0.4m 左右涮底。

險情發(fā)生后，及時采取了拓挖溢洪道增大泄量、打木樁壘沙袋、壩體滲流反濾排水、滑坡體固腳排水、塑料薄膜覆蓋滑坡體防雨淋液化、沙袋壩坡壓重、沙石反濾排水井、導管及薄膜引流滲水、薄膜排水溝鋪底防沖等措施，險情得到控制。

3 基本地質(zhì)條件

龍山水庫地處魯東塊隆低山、丘陵區(qū)南部，屬膠南穹狀塊隆山地，庫區(qū)周圍四面為低山丘陵，最高海拔高度為庫區(qū)左岸的小龍山，庫區(qū)為一相對匯水低洼地。壩址處于兩山丘之間，左壩端為小龍山，海拔高度為424.0m，右壩端為丘陵，海拔高度為140～160m，相對高度約60～200m。

壩址區(qū)牛廟河河谷為不對稱河谷，主河床偏向于右岸，微地貌為河床，河床寬度50～60m，河底高程約為80.50～81.00m，漫灘不發(fā)育，河床左岸分布有階梯狀臺地，臺地面一般高出河床3～8m，右岸巖石裸露。

壩基第四系地層按地層單位分別歸屬于該區(qū)大埠組、沂河組：（1）大埠組（QDb）：巖性為壤土夾薄層粗砂，分布左岸臺地。屬上更新世，為河流沖洪積相沉積。地質(zhì)時代為第四紀上更新世。（2）沂河組（QY）：巖性為礫質(zhì)粗砂，是現(xiàn)代河流沖、洪積產(chǎn)物。屬第四系全新統(tǒng)至現(xiàn)代河床相。

壩基基巖為中生代燕山晚期侵入巖，巖性為石英二長巖，煙灰色，似斑狀結構，塊狀構造，主要礦物為鉀長石、斜長石、角閃石、石英、黑云母。呈巖株狀產(chǎn)出。

4 壩體地質(zhì)結構特征

龍山水庫大壩壩型為寬心墻砂殼壩。防滲體為心墻，分多期填筑至現(xiàn)狀，1966年～1967年大壩心墻填筑至高程102.40m，稱為“原心墻”，1973年心墻加高填筑至103.46m，2009年心墻加高填筑至104.50m，稱為“接高心墻”。原心墻斷面呈“梯”形，頂寬約為5.0m，頂高程101.66～102.29m，上下游坡比為1∶2.37～1∶3.00，頂軸線與壩頂軸線不完全重合，稍偏向于上游。原心墻巖性為壤土，壤土粘粒含量為23.6%～35.3%，塑性指數(shù)12.2～17.1，壓縮系數(shù)0.22～0.53，具中等～高壓縮性，注水試驗滲透系數(shù)5.5E-05～7.1E-05cm/s，土料各項指標基本符合規(guī)范質(zhì)量指標技術要求。接高心墻斷面大致呈“平行四邊形”，斷面狹小，寬度2.0～2.5m，頂高程103.16～104.23m，底高程101.69～102.68m，樁號0+000～0+060、0+090～0+130、0+170～0+312 段接高心墻與原心墻未有效結合，夾有強透水性礫質(zhì)粗砂（風化砂），致使接高心墻失去作用，大壩有效防滲體（原心墻）頂高程僅為101.66～102.29m，高水位時，存在滲漏問題。

壩后背水坡于高程93.60～95.00m 設戧臺，戧臺以上坡比為1∶2.14～1∶2.61，以下坡比為1∶2.59～1∶3.11。表層為草皮護坡，下為砂殼，樁號0+077 斷面揭露壩后坡砂殼厚度4.2～5.0m，巖性為礫石土、砂質(zhì)壤土、礫質(zhì)粗砂，礫石土、礫質(zhì)粗砂各項指標基本符合規(guī)范質(zhì)量指標技術要求，砂質(zhì)壤土滲透系數(shù)小，不符合規(guī)范排水要求。礫石土來源于附近山體風化山皮土，分布于表層，厚度0.20～0.70m，砂質(zhì)壤土來源于殘積物土料，分布于中部，厚度0.90～2.30m，自上而下厚度逐漸增大，礫質(zhì)粗砂來源于風化料，分布于下部，厚度2.00～3.70m。壩后腳設貼坡排水體，排水體未與砂殼礫質(zhì)粗砂連通，砂殼礫質(zhì)粗砂中水流不能及時有效排出。巖土地質(zhì)結構見圖1。

圖1 壩后滑坡典型地質(zhì)剖面圖

樁號0+146 斷面揭露壩后坡砂殼厚度1.1～3.4m，巖性為礫石土、礫質(zhì)粗砂，礫石土、礫質(zhì)粗砂各項指標基本符合規(guī)范質(zhì)量指標技術要求。礫石土分布于表層，厚度0.60～0.80m，礫質(zhì)粗砂分布于下部，厚度0.5～2.6m。壩后腳設貼坡排水體，排水體與砂殼礫質(zhì)粗砂連通較好。巖土地質(zhì)結構見圖2。

圖2 壩后冒水典型地質(zhì)剖面圖

5 滑坡地質(zhì)原因分析

龍山水庫壩體地質(zhì)結構不合理，存在安全隱患，是造成壩后滑坡內(nèi)部因素。壩體接高心墻與原心墻夾有強透水性礫質(zhì)粗砂，接高心墻失去作用，有效防滲體高程不足，砂殼中砂質(zhì)壤土滲透系數(shù)小，且砂質(zhì)壤土與心墻壤土、壩基②層壤土相接形成相對封閉包水（阻水）帶，壩腳排水體未與砂殼礫質(zhì)粗砂連通，使得其內(nèi)砂殼礫質(zhì)粗砂排水不暢。連續(xù)暴雨庫水位上漲是造成壩后滑坡外部因素。根據(jù)莒南縣山洪災害監(jiān)測預警平臺降雨資料顯示：龍山水庫雨量站8月1—14日17 時累計降雨量519mm，其中8月14日00：00—8：00 降雨量達到242mm，8：00—17:00 降雨量達到85mm，17 個小時內(nèi)降雨量達到327mm，超有記載以來的歷史最大日降雨量紀錄，降雨重現(xiàn)期約300年一遇，水庫水位達到102.00m，超過了壩體有效防滲體頂高程最低點101.66m，壩體發(fā)生滲漏，滲漏水流越過原心墻進入砂殼礫質(zhì)粗砂層中，礫質(zhì)粗砂排水不暢，逐漸飽和，造成其上砂質(zhì)壤土結合部位土體軟化，有效抗剪強度降低，隨著滲漏量增加，砂殼礫質(zhì)粗砂內(nèi)水位不斷上升，下滑力逐漸增大，抗滑力逐漸降低，最終打破平衡，樁號0+078～0+087 段壩后較陡位置（坡比約1 ∶2.14）發(fā)生滑坡，滑坡體的最大深度1.6m，也印證了滑坡最開始發(fā)生于砂質(zhì)壤土與礫質(zhì)粗砂結合面。

另外壩后主河槽段砂殼礫質(zhì)粗砂厚度不均勻，上部厚處2.6m，中下部薄處0.5m，壩體滲漏水及坡面滲水集中匯流而下，過水斷面逐漸變小，且由于縱向排水溝阻隔，礫質(zhì)粗砂中滲漏水于礫石土薄弱部位集中冒出，樁號0+147 處高程87.35m 出現(xiàn)直徑5cm 冒水孔。

6 結語

龍山水庫壩后滑坡是壩體結構存在隱患內(nèi)因與連續(xù)暴雨庫水位暴漲外因疊加的結果，現(xiàn)場及時采取了擴挖溢洪道降低庫水位等措施，使得滑坡得到控制，沒有造成更大的險情。

針對龍山水庫存在的壩后滑坡問題，建議采取“堵滲排水”處理措施，即全壩段原心墻以上重做接高心墻，提高大壩防洪標準，堵住滲漏通道，樁號0+000～0+130 段壩后腳設置的褥墊式排水、網(wǎng)狀排水帶等水平排水設施，以保證砂殼礫質(zhì)粗砂層中滲漏水能自由排出。

2009年龍山水庫除險加固設計僅布置了少量探槽，由于探槽位置處接高心墻與原心墻結合較好，未能及時發(fā)現(xiàn)隱患。接高心墻與原心墻未有效連接，夾有透水通道幾乎是本區(qū)土石壩通病，此種隱患日常巡視難以發(fā)現(xiàn)，應予以重視，宜采用槽探、鉆探等多種勘察手段予以查清