松塔水电站右坝肩稳定分析

2017-08-07李红枝

山西水利 2017年6期

关键词：岩组滑体坝址

李红枝

（山西省运城市北赵引黄工程建设管理局，山西万荣 044200）

松塔水电站右坝肩稳定分析

李红枝

（山西省运城市北赵引黄工程建设管理局，山西万荣 044200）

阐述了坝址区工程地质条件，分析了右坝肩软弱夹层的分布、厚度、产状及其物理力学性质，与库水位的关系，确定了可能的滑动面和拉裂面，当水库达正常蓄水位时，对右坝肩岩体浅层和深层滑动的各种可能组合进行了稳定验算。

工程地质条件；右坝肩；软弱夹层；稳定分析。

1 坝址区工程地质条件

1.1 地形地貌

坝址区内河流呈“S”型，流向为N70°W左右，河流纵坡为12‰，河谷宽约240～250 m，为“U”型谷。河谷地形较为平坦，地面高程为968～985 m，局部基岩裸露；两岸为基岩山区，山顶高程为1 076～1 087 m，相对高差91～119 m。工程区属侵蚀低中山区，其中河流右岸发育一古河道，古河道底高程约1 020～1 022 m。

1.2 地层岩性

坝址区两岸出露的地层主要为第四系地层和三叠系下统刘家沟组地层。三叠系下统刘家沟组（T1l）据其岩性及工程地质不同特征，将其分为13个岩组，即T1l-1～T1l-13，一般单数岩组主要由细砂岩夹粉砂岩、泥岩构成，岩性相对较硬，双数岩组主要由粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩夹细砂岩构成，岩性相对较软。岩组厚度一般在10～30 m之间，T1l-1～T1l-6岩组在河床下，T1l-7～T1l-13岩组分布于坝址区左右两岸。由于砂页岩岩性、岩相及厚度变化较大，岩组划分只是宏观控制。第四系松散堆积物主要由中、上更新统低液限粘土、低液限粉土及全新统卵石混合土层构成，主要分布于两岸山顶山坡及河谷部位。

1.3 地质构造

坝址区岩层产状N30°～50°W/SW∠4°～6°，倾向左岸偏下游。岩体中节理裂隙主要发育四组，其产状分别为：①N20°～40°E/SE∠65°～85°；②N70°～90°E/NW∠70°～90°；③N70°～85°W/SW∠40°～85°；④N10°～30° W/SW∠50°～80°。①组和④组最发育，一般延伸较长，隙宽一般0.1～1.0 cm，裂隙间距最小0.1 m，最大5 m，一般0.5～3.0 m，泥或钙质充填、半充填，部分闭合。右坝肩发育一条f2断层，位于坝轴线下游140 m处，其产状为N10°E/NW∠75°，断距12～30 m，破碎带宽约1.5～2.5 m左右，泥质物及碎石充填，延伸长度约700 m。

1.4 水文地质

坝址区地下水类型有松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水两种类型。

松散岩类孔隙水含水层主要分布于现代河漫滩及Ⅰ级阶地的卵石混合土层，埋深1.0～4.0 m。水位受河水变化影响较大。

碎屑岩类裂隙水含水层为三叠系下统刘家沟组中的长石砂岩，相对隔水层为泥岩、泥质砂岩，地下水具有多层性。

据钻孔资料：左坝肩地下水水位在954.60～955.93 m之间，坝基地下水水位在945.07～954.93 m之间，右坝肩地下水水位在952.19～956.90 m之间，在勘探深度内，随深度的增加而水位逐渐降低。总得来看，地下水位由上游向下游、由两岸向河床逐渐降低，坝址区地下水位均低于河水位，一般低于河水位13～25 m。砂岩的透水性取决于砂岩的裂隙发育情况，泥岩、砂质泥岩裂隙不发育，为相对隔水层，因此各含水层之间水力联系很小，该类地下水具有层间水的特征。该类水主要接受大气降水补给，河床下还接受河水及孔隙水补给，总体由两岸向河谷，由上游向下游流动。

2 右坝肩稳定分析评价

右坝肩处冲沟较发育，共计发育有4条冲沟，近坝轴线下游的一条冲沟最长约350 m，最短的冲沟长约200 m。

右坝肩主要为岩质边坡，岩性为T1l-7～T1l-11岩组细砂岩、粉砂岩夹粉砂质泥岩、泥岩。强风化层厚1～3 m。岩层产状N50°W/SW∠6°，倾向于河床偏下游。发育节理裂隙，产状分别为：①N10°～30°E/NW或SE∠80°～90°；②N70°～90°E/NW∠50°～85°。据ZKc97-6号孔资料，孔深23.42～23.45m（高程1033.36～1033.39m）之间发现一泥化夹层，但处于正常水位1 027.00 m以上。

坝肩上T1l-8，T1l-10岩组中泥岩夹层较多，为了解不利状态下泥岩的抗剪性能，水库勘察可研阶段对右坝肩出露的泥岩取了1组扰动样，做扰动配样土的抗剪强度，按干密度1.4，1.6，1.8 g/cm3分别配样，不同干密度下的抗剪强度见表1。

右坝肩ZK13b-4钻孔中泥岩矿物分析结果，伊利石占44%、绿泥石占23%、石英占10%、长石占12%、方解石占2%、赤铁矿占9%，泥岩矿物成分主要以伊利石为主，不含蒙脱石。

表1 右坝肩泥岩扰动配样土不同干密度下抗剪强度统计表

建库前右坝肩地下水水位在952.19～956.90 m之间，现状右坝肩地下水水位在973.15～986.48 m之间，地下水位抬升了20.96～29.58 m。水库建成运行后，右坝肩地下水位上升幅度较大，但在右坝肩山梁下游背后未发现有库水渗漏出溢。

据右坝肩地质剖面并结合右坝肩工程地质条件，采用适当公式对右坝肩稳定程度进行验算。计算时库水位按正常蓄水位1 027 m考虑；下游f2断层视为临空面；浅层滑动面取T1l-6岩组的顶部；深层滑动面取T1l-4岩组的顶部；拉裂面分别取右肩部位的4个冲沟，每个滑面按4个部位分别进行计算；滑面均位于地下水位之下，滑面摩擦系数取0.2；凝聚力c（kPa）与滑体厚度有关h（m），大体为c=h；厚度h为加权厚度，即滑体面积/滑体长度；公式采用《工程地质手册》（第四版）P550，计算结果见表2。

滑体部分饱水，可按下式计算：

滑体全部饱水，可按下式计算：

表2 汾河水库出口化学需氧量、氨氮特征现状单位：mg/L

裂隙未充水，在地震力作用下，可按下式计算：

式中：K——安全系数

γ——滑动岩体的天然重度，kN/m3；

γs——滑动岩体饱水后的重度，kN/m3；

γw——水的重度，kN/m3；

h——滑动岩体的垂直厚度，m；

hs——滑动岩体的饱水厚度，m；

c——滑带岩、土的凝聚力，kPa；

φ——滑带岩的内摩擦角，°；

α——滑动面的倾角，°；

F——地震力，kN/m；

a——地震加速度，m/s2，基本烈度为Ⅶ度，地震加速度值取0.10 g；

g——重力加速度，取9.81 m/s2。

评价滑坡稳定性要考虑滑坡安全系数Ks，当K＞Ks，滑体稳定，反之则不稳定，当K=Ks时，处于临界状态。据《岩土工程勘察规范》，滑坡安全系数一般取1.05～1.25。鉴于右岸潜在滑动块体未滑动过，其侧缘、后缘存在一定的摩阻力，故此次评价时安全系数按1.05考虑。根据表2可知，各种工况、不同滑体的稳定系数K值在1.28～2.43之间，均大于安全系数1.05，说明右坝肩是稳定的。

另外，从试验结果看，配样土的内摩擦角均在26°以上，摩擦系数较大，坝肩岩层平缓（5°～7°），下滑力不大，在正常库水位1 027.00 m以下目前尚未发现存在泥化夹层，泥岩矿物成分主要以伊利石为主，不含蒙脱石。综合分析，水库蓄水后，右坝肩不会产生大规模的滑动。