某水庫(kù)庫(kù)內(nèi)崩塌體蓄水后穩(wěn)定性分析

肖 膠，羅 平，夏延檐

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550002）

某水庫(kù)位于貴州省畢節(jié)市黔西縣西溪河上,水庫(kù)壩址位于黔大高速與成貴高鐵之間峽谷河段,水庫(kù)正常蓄水位1287.0 m,總庫(kù)容4669 萬(wàn)m3,工程規(guī)模為中型, 最大壩高153 m,水庫(kù)功能主要為向黔西縣城供水兼左岸農(nóng)田灌溉。水庫(kù)近壩庫(kù)首段為狹窄河谷地形,庫(kù)區(qū)中部地形相對(duì)較緩,崩塌體位于庫(kù)首段右岸天仙橋小河與干流交匯處。水庫(kù)正常蓄水位位于崩塌體中上部,蓄水后可能會(huì)引起崩塌體變形失穩(wěn),對(duì)水庫(kù)運(yùn)行安全造成影響。本文主要通過(guò)分析崩塌體地質(zhì)條件,穩(wěn)定性計(jì)算,來(lái)對(duì)其蓄水后整體穩(wěn)定性進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)。

1 地質(zhì)概況

崩塌體位于庫(kù)首右岸天仙橋小河與干流交匯處上游右岸陡崖下部,距壩址約1.7 km～2.1 km,分布高程為1190 m～1330 m,河谷及兩岸地形開闊,坡度20°～45°,1300 m 高程以上地形變陡,在崩塌體后緣形成陡崖地形,同時(shí)在該部位底部形成溝槽,岸坡覆蓋層為崩塌塊石、殘坡積粘土夾碎石,下伏基巖為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段T1yn1灰?guī)r,屬硬質(zhì)巖地層,底部為三疊系下統(tǒng)夜郎組第三段T1y3砂泥巖,后者屬軟質(zhì)巖層,組成上硬下軟地層結(jié)構(gòu)。巖層產(chǎn)狀為178°∠10°,邊坡結(jié)構(gòu)為橫向坡。地下水主要為降雨補(bǔ)給,排泄基準(zhǔn)面為河床。

2 崩塌體特征

如圖1,崩塌體平面上呈“樹葉”狀,長(zhǎng)軸近南北向,南起天仙橋小河匯口,北延700 m 至河流拐彎處,前緣高程1190 m,下部平均坡度35°,上部平均坡度60°,靠近河床,下部地層為相對(duì)軟弱的泥巖形成軟墊層,河床深切過(guò)程中,軟墊層受切臨空,其上覆硬質(zhì)巖體因重力作用產(chǎn)生整體變形滑移而造成上部巖體拉裂,局部?jī)A倒,但仍基本保持整體形態(tài),巖體拉裂造成崩塌體后緣與T1yn1巖組分離后形成的溝槽長(zhǎng)達(dá)200 m～300 m,寬30 m～50 m,溝深10 m～15 m 不等。崩塌體后緣巖石組成主要為灰?guī)r,其母巖屬T1yn1巖層,呈整體滑移變形,巖層結(jié)構(gòu)及完整性均較好,滑移體前緣部分組成物主要為雜亂分布灰?guī)r塊石。崩塌體沿河流方向長(zhǎng)約400 m,寬度40 m～120 m,平均寬度約70 m,面積約2.8 萬(wàn)m2。針對(duì)該崩塌體布置了5 個(gè)勘探鉆孔,根據(jù)鉆孔揭露,該塌滑體最大厚度為26 m 左右,平均厚5 m 左右,估算方量約14.0 萬(wàn)m3。

圖1 崩塌體地質(zhì)平面圖

3 崩塌體變形分析

3.1 崩塌體變形特征

經(jīng)地表地質(zhì)調(diào)查崩塌體沒有明顯的變形跡象,整體穩(wěn)定,受因長(zhǎng)期風(fēng)化卸荷影響,局部出現(xiàn)變形破壞,以崩塌掉塊為主,塊石大小一般20 cm～60 cm,塊石組成為永寧鎮(zhèn)組第一段T1yn1灰?guī)r,含少量碎石土,大塊石表面覆有苔蘚,可判斷其掉落年代久遠(yuǎn),不屬于臨近時(shí)期變形的結(jié)果。

3.2 崩塌體不穩(wěn)定因素

崩塌體形成的基本條件有地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土類型,誘發(fā)因素有地震、降水、水流沖刷、水體浸泡、人類活動(dòng)等。該崩塌體地形陡峭,大部分坡度超過(guò)45°,巖性為T1yn1灰?guī)r,淺表層發(fā)育節(jié)理卸荷等風(fēng)化現(xiàn)象,主要受到的誘發(fā)因素有降水和水體浸泡等,該地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.05 g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s,相應(yīng)的地震基本烈度Ⅵ度,區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好,地震因素影響小?，F(xiàn)崩塌體狀整體穩(wěn)定,變形失穩(wěn)的原因基本都是由于現(xiàn)狀條件發(fā)生變化,打破原有的平衡,由于大部分位于正常蓄水位以下,水庫(kù)蓄水后引起地下水位抬升,內(nèi)水壓力增大致使其巖體物理力學(xué)性質(zhì)變差,從而造成崩塌體變形失穩(wěn)；同時(shí)該區(qū)降雨頻發(fā),暴雨或長(zhǎng)時(shí)間降雨造成地表水入滲,造成崩塌體內(nèi)水壓力增加,巖體物理力學(xué)性質(zhì)變差,從而造成崩塌體變形失穩(wěn),兩種失穩(wěn)原因都是其水文地質(zhì)條件發(fā)生了變化。

3.3 崩塌體穩(wěn)定性宏觀評(píng)價(jià)

如圖2,該崩塌體已形成有較長(zhǎng)時(shí)期,地形地貌和水文地質(zhì)條件已處于平衡狀態(tài),崩塌體穩(wěn)定性較好,現(xiàn)狀條件下不會(huì)產(chǎn)生變形和失穩(wěn),水庫(kù)蓄水會(huì)改變崩塌體原有的水文地質(zhì)條件,造成穩(wěn)定性變差。根據(jù)目前崩塌體地質(zhì)環(huán)境和變形現(xiàn)狀,宏觀分析現(xiàn)狀條件下崩塌體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 崩塌體地質(zhì)剖面圖

4 崩塌體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

崩塌體穩(wěn)定性主要從空間形態(tài)、邊界條件、物質(zhì)組成和水文地質(zhì)條件、變形現(xiàn)狀、穩(wěn)定性計(jì)算幾個(gè)方面分析和評(píng)價(jià)。

4.1 空間形態(tài)

崩塌體地形起伏,下緩上陡,下部地形坡度20°～35°,中上部地形坡度30°～55°,在崩塌體后緣形成陡崖,后緣陡崖底部分布崩塌體與陡崖形成溝槽,長(zhǎng)約250 m,寬約40 m,深20 m 左右。

4.2 邊界條件、物質(zhì)組成與水文地質(zhì)條件

通過(guò)勘察階段鉆孔揭露崩塌體最大厚度為26 m 左右,平均厚5 m 左右,估算方量約14.0 萬(wàn)m3。主要成分為雜亂分布灰?guī)r塊石含碎石土,塊石大小不一,一般直徑小于60 cm,松散堆積,為透水層,有利于地下水排泄,排泄最低高程為河床高程1205 m。

4.3 變形現(xiàn)狀

目前崩塌體除局部有小規(guī)模巖塊崩塌外整體穩(wěn)定,未發(fā)現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象,且附近無(wú)大型工程建設(shè),未受到大的人類活動(dòng)影響。

4.4 穩(wěn)定性計(jì)算

崩塌體為巖質(zhì)邊坡,類型為層狀結(jié)構(gòu)且不同地層的抗剪參數(shù)有較大區(qū)別,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 386-2007）推薦摩根斯頓－普賴斯法公式計(jì)算,由于崩塌體為上硬下軟地層結(jié)構(gòu),邊坡容易沿灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r接觸面發(fā)生滑移或變形,故主要分析上部灰?guī)r的穩(wěn)定性（見表1）。

表1 崩塌體巖土物理力學(xué)參數(shù)

1）正常運(yùn)用條件

沿著沿灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r接觸面（層面）,使用極限平衡法計(jì)算在正常運(yùn)用條件下的穩(wěn)定性,在正常運(yùn)用條件,水位降

落的工況下,水位從正常蓄水位降落至死水位（1205 m）,由于陡崖上部裂隙發(fā)育,水位按原水位斜率考慮,水位1250 m至1213 m 降落時(shí)的的水位線貼近土石分界線,計(jì)算結(jié)果見表2；另外按孔隙壓力系數(shù)為0.1 進(jìn)行計(jì)算,水位1287 降落至1213.0 m 的穩(wěn)定性系數(shù)為1.088（見圖3）。即水位變化對(duì)邊坡影響較大。

表2 崩塌體穩(wěn)定性計(jì)算成果

圖3 穩(wěn)定性計(jì)算剖面(極限平衡法)

2）非常運(yùn)用條件I 的穩(wěn)定性

沿灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r接觸面（層面）,在非正常運(yùn)用條件I下的穩(wěn)定性（極限平衡法）：由上述計(jì)算可知,剖面的穩(wěn)定性系數(shù)在正常運(yùn)用條件下和非常運(yùn)用條件I 條件下,穩(wěn)定系數(shù)大于1,均都能完全滿足規(guī)范要求,但需要控制降落時(shí)的水位降幅。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）從崩塌體穩(wěn)定性分析來(lái)看,認(rèn)為該崩塌體整體穩(wěn)定,出現(xiàn)變形失穩(wěn)的可能性小,水庫(kù)蓄水后水位下降過(guò)快會(huì)引起變形失穩(wěn),需要控制水位降幅。

（2）該崩塌體正常運(yùn)用和非常運(yùn)用條件下的穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求,需要對(duì)崩塌體變形監(jiān)測(cè),若崩塌體變形過(guò)大造成破壞,需對(duì)其進(jìn)行工程處理措施。

（3）自然狀態(tài)下崩塌體整體穩(wěn)定,通過(guò)分析計(jì)算不同水位及水位降落工況下崩塌體狀態(tài),對(duì)其穩(wěn)定性評(píng)估具有重要意義。

（4）該地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.05g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s,相應(yīng)的地震基本烈度Ⅵ度,區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好,地震誘發(fā)崩塌體變形失穩(wěn)的可能性小。

（5）在崩塌體的宏觀穩(wěn)定評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算,確保結(jié)果更加準(zhǔn)確。

（6）在工程實(shí)踐中,對(duì)崩塌體的宏觀判斷很重要,穩(wěn)定性計(jì)算分析為宏觀判斷提供理論依據(jù)。