泥峪河水庫拱壩壩肩穩(wěn)定性分析

張小利

（陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

泥峪河水庫位于秦嶺北麓的周至縣竹峪鎮(zhèn)境內(nèi)泥峪河下游，工程區(qū)距離周至縣縣城27 km，距竹峪鎮(zhèn)政府所在地12 km。泥峪河水庫是周至縣城以西7 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水的水源工程，流域面積86.3 km2，水庫總庫容小于1000 萬m3，屬于?。?）型水庫。設計壩高96m，壩頂高程906.0 m，正常蓄水位902.0 m，初擬壩型為混凝土重力壩及拱壩方案。主要建筑物為4 級，次要建筑物為5 級。根據(jù)《水利水電工程等級劃分和防洪標準》（SL 252-2017），該工程為?。?）型，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL 310-2004），工程等別為Ⅳ等。本文僅對拱壩方案進行分析。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)概況

2.1 區(qū)域概況

工程區(qū)位于華北板塊（Ⅰ）北秦嶺活動大陸邊緣（Ⅰ3）寬坪殘留中元古代裂谷（Ⅰ32）中。寬坪殘留中元古代裂谷（Ⅰ32）位于北秦嶺活動大陸邊緣（Ⅰ3）北部，南部與草灘溝-二郎坪弧后盆地疊加二疊紀-晚三疊世成煤內(nèi)陸上疊盆地（Ⅰ33）相接，北部與鄂爾多斯地塊（Ⅰ1）中的渭河斷陷盆地（Ⅰ14）相接。區(qū)域內(nèi)活動斷裂發(fā)育，有東西方向、北東方向，還有北西方向，且以東西向為主，距工程區(qū)較近，對工程區(qū)影響較大的斷層主要為秦嶺北緣斷裂（F2）、鐵爐子斷裂（F8）、隴縣-岐山-馬召斷裂（F15）。壩址距秦嶺北緣斷裂（F2）西段約6 km，距隴縣岐山馬召斷裂（F15）約14 km，上述兩個斷裂第四系均具有活動性，且有地震活動，未來斷裂活動將對工程場地產(chǎn)生影響。

根據(jù)1∶400 萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)，擬建樞紐Ⅱ類場地地震動峰值加速度均為0.20 g，地震動反映譜特征周期均為0.40 s，相應地震基本烈度為Ⅷ度。綜合大地構(gòu)造、地震動峰值加速度、地震烈度、場址區(qū)斷裂活動性、地震活動性影響分析，工程區(qū)屬區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差場址（三分體系）。

2.2 地質(zhì)概況

2.2.1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)地貌形態(tài)屬中山峽谷區(qū)。河谷呈深切的“V”型河谷,谷底寬度60 m～80 m。河谷蜿蜒曲折，呈“S”型展布。兩岸植被發(fā)育，邊坡基巖裸露,自然坡面傾角45°～53°。局部近直立,風化卸荷作用下兩岸邊坡較破碎,右岸高程841 m～874 m，坡腳堆積有崩坡積堆積體。

1）壩基

河床壩基上部為漂卵石，層厚16.0 m～18.0 m，承載力標準值fk=300 kPa，變形模量E0＝18 MPa～20 MPa，滲透系數(shù)k=4.36×10-2cm/s。下伏下元古界寬坪組（Pt1k11）云母石英片巖，局部發(fā)育云母片巖軟弱條帶，最大寬度約5.0 m。強風化帶巖體垂直厚度一般2.5 m～6.0 m，弱風化帶巖體垂直厚度一般3.6 m～10.0 m。弱風化帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅲ級，屬BⅢ1類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=52.8 MPa，變形模量E0=6.0 GPa，承載力標準值fk=2.5 MPa，透水率q=6.34 Lu～7.05 Lu，弱透水性；微風化帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅱ級，屬AⅡ類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=65.7MPa，變形模量E0=8.0 GPa，承載力標準值fk=4.0 MPa，透水率q=1.12Lu～2.75Lu，弱透水性。

建議大壩建基面選擇微風化巖體，施工臨時開挖坡比：漂卵石水上1∶1.5，水下1∶2，強風化巖體1∶0.75～1∶1，弱風化巖體1∶0.5，并應做好基坑排水工作。壩基防滲采用帷幕灌漿，防滲下限為巖體透水率q 小于3 Lu 以下5.0 m。根據(jù)野外地質(zhì)測繪及孔內(nèi)攝像成果，河床壩基雖發(fā)育1 條斷層（f6），走向290°(左岸)～265°(右岸），傾角65°～80°,傾向上游，與河流方向近乎直交，傾角較陡,對壩基抗滑穩(wěn)定性影響較小；雖然發(fā)育順河方向的裂隙，但是未發(fā)現(xiàn)緩傾角裂隙發(fā)育,下游沒有風化深槽，壩基抗滑穩(wěn)定性較好。

2）左壩肩工程地質(zhì)條件

左壩肩地形下陡上緩，壩頂高程以上邊坡高約103 m，坡面傾角17°～43°，基巖裸露，主要由云母石英片巖組成，自然邊坡穩(wěn)定，受裂隙和層面切割，切割形成的塊體對邊坡穩(wěn)定不利。壩頂高程以下自然坡面傾角50°～70°，基巖裸露，主要由云母石英片巖組成，局部夾條帶狀白云質(zhì)大理巖，巖層產(chǎn)狀210°∠67°，巖層傾向與坡向近于直交，發(fā)育兩處云母密集帶。云母密集帶上部寬度0.3 m～0.7 m，長度大于10 m～15 m，兩者產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀相近，帶內(nèi)云母呈定向排列，手捏易碎，可視為軟弱夾層。

左壩肩共發(fā)育f1、f5、f6、f7 等3 條地面斷層，其中f5 斷層走向與河流夾角較小，對壩肩抗滑及防滲不利，其余斷層走向與河流方向夾角較大，影響壩肩局部變形。壩肩邊坡整體穩(wěn)定性較好，局部受裂隙、斷層及層面切割形成的塊體對邊坡穩(wěn)定不利。根據(jù)勘探試驗資料分析，巖體表面強風化下限水平寬度一般15.2 m～18.8 m，垂直厚度14.0 m～16.1 m；弱風化下限水平寬度一般33.0 m～40.0 m，垂直厚度18.5 m～28.0 m，其中弱風化上帶垂直厚度12.0 m～17.5 m，下帶垂直厚度7.0 m～14.8 m。強風化帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅳ級，屬CⅣ類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=25.8 MPa，變形模量E0=1.0 GPa，承載力標準值fk=0.5 MPa，透水率q=6.68 Lu～7.00 Lu，弱透水性；弱風化上帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅲ級，屬BⅢ2類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=46.1MPa，變形模量E0=4.0 GPa，承載力標準值fk=2.0 MPa；弱風化下帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅲ級，屬BⅢ1類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=52.8 MPa，變形模量E0=6.0 GPa，承載力標準值fk=2.5 MPa，透水率q=2.76～5.26Lu，弱透水性；微風化帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅱ級，屬AⅡ類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=65.7 MPa，變形模量E0=8.0 GPa，承載力標準值fk=4.0 MPa，透水率q=1.94 Lu～3.18 Lu，弱透水性。建議壩肩建基面選擇微風化巖體，2/3 壩高以上可選擇弱風化下帶巖體，施工臨時開挖坡比：強風化巖體1∶0.75～1∶1，弱風化巖體1∶0.5。壩基防滲采用帷幕灌漿，防滲下限為巖體透水率q 小于3Lu 以下5.0 m。

3）右壩肩工程地質(zhì)條件

右壩肩861 m 高程以上斜坡基巖裸露，主要由云母石英片巖組成，坡面傾角30°～53°。846 m～861m 高程為崩坡積，以碎塊石為主，最大層厚約8 m。根據(jù)勘探試驗資料分析，巖體表面強風化下限水平寬度18.6 m～20.8 m，垂直厚度18.8～19.5；弱風化下限水平寬度一般38.1 m～43.5 m，垂直厚度37.0 m～42.0 m，其中弱風化上帶垂直厚度18.2 m～22.0 m，下帶垂直厚度4.9 m～6.0 m。強風化帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅳ級，屬CⅣ類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=25.8 MPa，變形模量E=1.0 GPa，承載力標準值fk=0.5 MPa，透水率q=6.68～7.00 Lu，弱透水性；弱風化上帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅲ級，屬BⅢ2類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=46.1MPa，變形模量E=4.0GPa，承載力標準值fk=2.0 MPa；弱風化下帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅲ級，屬BⅢ1類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=52.8 MPa，變形模量E=6.0 GPa，承載力標準值fk=2.5 MPa，透水率q=3.42 Lu～6.24 Lu，弱透水性；微風化帶巖體基本質(zhì)量級別為Ⅱ級，屬AⅡ類壩基巖體，飽和抗壓強度Rb=65.7 MPa，變形模量E=8.0 GPa，承載力標準值fk=4.0 MPa，透水率q=2.26 Lu～2.83 Lu,弱透水性。右壩肩主要發(fā)育f6 一條地面斷層，斷層走向與河流方向夾角較大，影響壩肩局部變形。壩肩邊坡整體穩(wěn)定性較好，局部受裂隙、斷層及層面切割形成的塊體對邊坡穩(wěn)定不利，對壩肩局部抗滑穩(wěn)定不利。建議壩肩建基面選擇微風化巖體，2/3 壩高以上可選擇弱風化下帶巖體，施工臨時開挖坡比∶強風化巖體1∶0.75～1∶1，弱風化巖體1∶0.5。壩基防滲采用帷幕灌漿，防滲下限為巖體透水率q 小于3 Lu 以下5.0 m。

2.2.2 拱壩適宜性分析

1）地形條件

本段泥峪河河谷蜿蜒曲折，呈“S”型展布，不順直。自然坡腳左陡右緩，河床左岸寬7 m～11 m，右岸寬48 m～65 m，兩岸不甚對稱。左岸西寧溝段為一單薄山梁,左岸拱端下游15 m 左右發(fā)育一小沖溝，下游55 m 左右發(fā)育一大沖溝。右岸拱端下游41 m 左右發(fā)育一小沖溝，下游90 m 左右發(fā)育一大沖溝。受左右岸下游發(fā)育的沖溝影響切割，易形成下游臨空面，對壩肩抗滑穩(wěn)定不利。

2）邊坡穩(wěn)定

左岸邊坡①④裂隙、①裂隙和f6 斷層組合形成的塊體，傾向坡外，對邊坡穩(wěn)定不利。根據(jù)綜合分析認為，左岸邊坡整體穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差。左岸下游拱肩槽均存在對邊坡不利的結(jié)構(gòu)面組合。

右岸邊坡⑤⑥裂隙組合形成的塊體，傾向坡外，對邊坡穩(wěn)定不利。根據(jù)綜合分析認為，右岸邊坡整體穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差。右岸下游拱肩槽均存在對邊坡不利的結(jié)構(gòu)面組合。邊坡穩(wěn)定對拱壩影響不大。

3）壩肩抗滑穩(wěn)定

左壩肩存在裂隙與緩傾角斷層、裂隙與緩傾角裂隙組合的潛在滑移塊體，右壩肩存在裂隙與緩傾角裂隙組合的潛在滑移塊體。整體上兩壩肩不存在斷層構(gòu)成的滑移塊體，壩肩抗滑穩(wěn)定問題不突出，其中左壩肩的抗滑穩(wěn)定性差于右岸。

4）拱肩槽邊坡穩(wěn)定性

左壩肩拱肩槽上游面赤平投影見圖1，下游面赤平投影見圖2。

圖1 左壩肩拱肩槽上游裂隙赤平投影圖

圖2 左壩肩拱肩槽下游裂隙赤平投影圖

由圖1、圖2 可以看出，左岸下游岸均存在對邊坡不利的結(jié)構(gòu)面組合。右壩肩拱肩槽上游面赤平投影見圖3，下游面赤平投影見圖4。

圖3 右壩肩拱肩槽上游裂隙赤平投影圖

圖4 右壩肩拱肩槽下游裂隙赤平投影圖

由圖3、圖4 可以看出，右岸下游岸均存在對邊坡不利的結(jié)構(gòu)面組合。

5）壩基（肩）不均勻變形

左右壩肩及壩基微風化巖體較完整，巖體質(zhì)量較好；發(fā)育的斷層、云母片巖夾層變形模量較低，可能存在局部不均勻變形問題；巖體變形模量受壓力及層面的夾角影響較大，加之巖體完整性左岸優(yōu)于右岸，拱壩修建后可能存在兩壩肩不均勻變形問題。

6）滲透穩(wěn)定

除壩基發(fā)育的f5、f6 斷層滲透系數(shù)較大，可能產(chǎn)生滲透破環(huán)，建議對斷層進行防滲加固處理措施。弱、微風化云母石英片巖透水率較小，河谷為橫向谷，巖體產(chǎn)生滲透破壞的可能性小。滲透穩(wěn)定問題不嚴重。

3 結(jié)語

泥峪河水庫壩址設計方案為面板堆石壩、重力壩與拱壩方案比選。從工程地質(zhì)來看均不存在影響壩型成立的制約性條件，從壩基基礎條件看，拱壩對壩基（肩）的要求相對較高。相對而言拱壩方案地質(zhì)條件總體略差。建議設計進行綜合比選確定壩型。