汇源水库坝肩岩体稳定分析

2017-04-20陈伟龙

山西水利 2017年3期

关键词：滑面泥质裂隙

陈伟龙

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

汇源水库坝肩岩体稳定分析

陈伟龙

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

水库坝肩岩体的稳定性关系到整个水库大坝的安全与质量，因此，进行坝肩岩体稳定性分析具有十分重大的意义。根据汇源水库左右坝肩现状，对坝肩岩体稳定性进行分析，并结合赤平投影法及极限平衡法对左坝肩岩体进行了较详细的分析评价，并提出相应的结论及建议。

岩体稳定；赤平投影法；极限平衡法

1 工程概况

汇源水库工程位于晋城市陵川县马圪当乡郜庄村附近的武家湾河干流上，是武家湾河上的一座防洪兼顾发电的小型梯级水电站。现状大坝为浆砌石拱坝，坝高27.9m，坝顶长114.36m，泄洪形式为坝顶溢流，溢流坝长56.5m。武家湾河由门河、磨河汇聚而成，属海河流域卫河水系，发源于陵川县古郊乡的窄棱坡、八犊岭一带，出境后流入河南省辉县市平甸乡汇入卫河。

2 工程地质条件

汇源水库工程坝址位于郜庄村处的武家湾河上，其在坝址区流向自北向南，主河床靠近左岸，谷底宽50～80 m。两岸均为基岩岸坡，左岸下部陡峻，坡度70°～80°，上部较缓，坡度20°～35°；右岸下部略陡，坡度50°～65°，上部较缓，坡度25°～35°；河谷断面呈不对称“U”型。

坝址区发育地层主要为元古界震旦系上统灰白、灰紫色石英岩状砂岩，中厚-巨厚层状，中-粗粒结构，含海绿石砂岩夹紫红、黄绿色粉砂质页岩，钙质页岩。第四系松散堆积物主要为武家湾河两岸岸坡处上更新统坡残积、坡洪积含碎石低液限黏土；河谷底部全新统洪冲积卵石混合土、级配不良砾。

坝址区地质构造简单，断裂构造不发育，为单斜构造，岩层产状为N20°～30°W/SW∠15°～18°，倾向右岸偏下游。岩体中主要发育两组节理裂隙，其产状分别为：N70°～80°E/SE或NW∠70°～88°，发育裂隙间距为2～3m，裂隙面较为平直，宽0～2mm，无充填或少量泥质充填，延伸较长；N10°～30°E/SE∠60°～82°，发育裂隙间距为2.5～5m，裂隙面较为平直，宽0.2～2mm，无充填或少量泥质充填，延伸较长。N70°～80°W/NE∠70°～85°，该组裂隙不发育，裂隙面较平直，一般宽0.3～3mm，延伸较短。

坝址区主要接受大气降水补给，地下水分为碎屑岩类裂隙水和松散岩类孔隙水两种类型。碎屑岩类裂隙水含水层为震旦系上统石英岩状砂岩，基岩裂隙较发育，富水性一般-中等，由两岸补给河水。松散岩类孔隙水含水地层主要为全新统洪冲积卵石混合土、级配不良砾和级配不良砂等，一般富水性较好，地下水埋藏较浅，自上游向下游径流排泄。坝址区武家湾河两岸地下水补给河水，为补给型河谷。

3 坝肩岩体稳定分析

右坝肩及上、下游岸坡较顺直，坡面走向北南方向，倾向正东，下部岸坡较陡，坡度50°～65°，上部岸坡较缓，坡度25°～35°，坝肩基岩裸露。坝端为震旦系上统薄-中厚层状石英岩状砂岩，岩性较坚硬。岩层倾向岸坡内侧偏下游，为斜向岸坡。岩体中主要发育两组节理裂隙，裂隙面较为平直，无充填或少量泥质充填，延伸较长。岩体中软弱结构面不发育，故右坝肩岸坡岩体整体稳定性尚好。

左坝肩及上、下游岸坡较顺直，坡面走向北南方向，倾向正西，下部岸坡陡峻，坡度70°～80°，坝肩以上岸坡较缓，坡度20°～35°，局部覆盖上更新统坡洪积低液限粉土。坝端为震旦系上统薄-中厚层状石英岩状砂岩，岩性较坚硬，岩层倾向岸坡外侧偏下游，为斜向岸坡。岩体中主要发育两组节理裂隙，裂隙面较为平直，无充填或少量泥质充填，延伸较长。岩体中软弱结构面不发育。左坝肩由于节理裂隙较发育，岩石风化程度较高且岩层倾向河谷，初步判断该岸坡存在滑动可能性。下面重点对左坝肩进行坝肩边坡稳定性评价。

边坡稳定性的工程地质评价方法可概括为地质分析法（历史成因分析法）、力学计算法和工程地质类比法三种。地质分析法是通过边坡形成的地质历史及所处的自然地质环境的研究，根据边坡的地质地貌条件、变形破坏行迹以及影响边坡稳定的各种因素，对边坡的演变发展趋势和稳定性作出评价和预测。力学计算方法大都采用极限平衡理论中的圆弧面法（瑞典法、毕肖普法）、萨尔玛法、离散元法、图解分析（赤平投影）法等。工程地质类比法是根据边坡的工程地质因素分析及已有工程设计的经验选择边坡的稳定坡脚。该工程仅用力学计算法中的圆弧面法和赤平投影法对左坝肩边坡进行稳定性评价。

3.1 赤平投影法

左坝肩为一单薄山梁，走向近东西向，上部基岩裸露。建坝时对左坝肩进行了削坡，坝肩覆盖层及强风化岩体已挖除，坝端嵌在弱风化岩体中。坝端为震旦系上统薄-中厚层状石英岩状砂岩，岩性较坚硬，岩层产状为N20°～30°W/SW∠15°～18°，倾向岸坡外侧偏下游，为斜向岸坡。岸坡坡角约67°，大于岩层倾角，因此左岸下游具备临空条件。

岩体中主要发育两组节理裂隙，其产状分别为：N70°～80°E/NW∠75°～88°，裂隙间距为2～3m，裂隙面较为平直，宽1～2mm，无充填或少量泥质充填，延伸较长；N15°～30°E/SE∠65°～80°，裂隙间距为2.5～4m，裂隙面较为平直，宽0.5～1.5mm，无充填或少量泥质充填，延伸较长。岩体中软弱结构面不发育，根据左坝肩岩体结构面赤平投影图，节理裂隙与河流流向、岸坡走向、层面等综合分析，岸坡岩体整体稳定性尚好。

图1 左坝肩岩体结构面赤平投影图

从图1分析，左坝肩岩体中第②组裂隙面走向与边坡基本一致，但倾向与坡向相反，该组结构面属稳定结构；第③组岩层走向与边坡走向斜交，但倾向不一致，属稳定结构；第①组裂隙面走向与边坡走向斜交，倾角一致，但裂隙面倾角大于坡角及层面，属稳定结构。故左坝肩岩体稳定，不存在整体滑动问题。但边坡与结构面的倾斜方向一侧具有临空面，故局部可能产生崩塌、掉块。

3.2 极限平衡法

采用刚体极限平衡法对左岸坝肩岩体进行稳定验算。左坝肩边坡为同向边坡，滑动面走向与坡面走向基本一致，侧向切割条件较好，有一定的临空面，且滑面倾角大于滑面摩擦角，故可视为单滑面平面滑动。根据极限平衡理论，稳定系数按下式计算：

边坡极限坡高计算公式为：

式中：K——安全系数；

φ——滑面内摩擦角，取30°；C——滑面粘聚力，取300 kPa；

γ——滑体容重，取岩体天然重度26.3 kN/m3；

h——滑体厚度，由剖面图量取约29m；

α——滑面倾角，取岩层倾角15°；

β——边坡坡脚，由剖面图量取约67°。

经计算，该边坡稳定系数K为4.77，大于安全系数1～1.5；经计算其边坡极限坡高Hmax为74.3m，大于现状边坡高度。故该边坡处于稳定状态。

4 结论及建议

汇源水库左右坝肩处岩性均为震旦系上统薄-中厚层状石英岩状砂岩，岩性较坚硬，左右坝端大部嵌在弱风化岩体中，局部为强风化岩体。水库运行以来，两坝肩岩体整体稳定性较好。但在风化卸荷及节理裂隙的相互切割作用下，局部特别是左坝肩已产生小范围岩体松动，并可能产生小规模崩塌、掉块，建议对坝肩变形加强观测，并作进一步工程处理。