古阳河水库右坝肩滑坡成因机制分析与工程处理措施

何根华 左小平

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 概况

古阳河水库位于沅水二级支流古阳河中游，坝址距湖南省湘西自治洲古丈县县城上游1 km的城南老寨加油站，右岸有吉首-古丈S229省道通过。枢纽布置包括大坝、灌溉取水口和放空底孔。大坝为混凝土砌块石重力坝，最大坝高45.5 m。右岸主要布置有4#～7#挡水坝和非溢流坝。

前期勘察工作由外单位完成，未发现右坝肩存在滑坡体。当大坝基础开挖至（277～284）m高程时，发现右坝肩岩层产状零乱，岩体架空，岩石破碎，拉裂缝纵横交错。针对开挖揭露出来的地质问题，经过专项勘察工作，基本查明了右坝肩滑坡体的边界条件、结构特征和变形机制，并对其进行了加固处理。

2 右坝肩工程地质条件

坝址处河道为向左岸凸出的弧形河湾，水面宽（10～12）m。两岸地形不对称，左岸为基岩陡立岩质边坡。右岸地形呈“舌”状向河床凸出，坡角自下而上呈陡～缓～陡态势，280 m高程到河床为陡坡，坡角60°～75°，坡高（5～10）m；（280～290）m 高程一带为缓坡平台，垂直岸坡长度约180 m，坡角10°～15°；290 m 高程以上至（310～350）m 高程，坡角 30°～35°，在290 m高程省道S229公路内侧，地形突变，坡角60°～75°，形成一高度（10～15）m 的陡坡。 坝址下游发育垂直岸坡冲沟。

构成右坝肩一带地层岩性由老到新为：①震旦系马底驿组（Ptbn2m）：薄至中厚层状粉砂质板岩，厚度大于100 m；②地滑堆积（Qedl-1）：母岩成分为薄至中厚层状粉砂质板岩，厚（5～15.0）m，为右坝肩蠕变体中、下部；③地滑堆积（Qedl-2）：主要为粉质粘土夹碎石，碎石直径 5～10 cm，结构松散，厚度为（3.0～12.0）m，分布于右坝肩边坡中、上部。

坝区位于一北东向背斜NW翼近核部一带，受构造影响，岩层产状变化较大，受 F1、F2、F3断层影响，坝基一带岩层产状 N15°～30°W·SW∠8°～15°，倾向左岸偏上游，右岸为顺层边坡。背斜两翼岩层总体倾向上、下游，其走向与岸坡斜交。坝区共发育断层4条。上游 F1近垂直河床，倾向下游，倾角 70°～75°，右岸缓陡转换地带有F2断层自上游向下游斜切右岸斜坡，倾向河床，倾角 60°～65°，下游 F3 近垂直河床，倾向上游，倾角 60°～65°。

通过开挖、竖井揭露，右坝基见有两层剪切滑带物质，即：第一滑带，“泥夹岩屑型”，为灰白色粘泥夹少量碎石，厚度（0.1～0.2）m，延伸情况较好；第二滑带，“岩屑夹泥型”，以碎石为主，粘粒含量6.4%左右，呈紫红色，可～软塑状，手摸有滑感，局部可见有石英碎屑，并见水平定向擦痕厚度（0.2～0.4）m，延伸情况较好；滑带产状 N15°～30°W，SW∠8°～15°，倾向河床左岸偏上游方向。

3 滑坡基本特征

3.1 平面形态特征

经勘察，右坝肩为一沿层面蠕变滑移的顺层滑坡体，滑坡体边界分别为：下游以F3、上游以F1断层、后缘以F2断层为界。滑坡体平面上呈似“舌”状，中部地形较为平缓，前缘已伸入河床，见图1。滑坡平面形态见图2。

图1 滑坡体后缘陡坎

图2 右岸平面地质图

3.2 剖面形态特征

滑坡体滑动面呈折线型，滑坡体后缘由断层F2构成，倾向河床，倾角为60°～65°。滑坡体前缘位于河床，为河床砂砾石层覆盖，厚度约（5～6）m，通过现场勘测和竖井勘探表明，滑坡体内见有两层滑动带，分布高程分别为（276～295）m（第一滑动带）和（263～283）m（第二滑动带），说明滑坡体存在至少两次变形。滑坡体纵向形态见图3。

图3 右岸滑坡体纵剖面图

3.3 滑坡体分类

通过现场勘察，滑坡体长约（180～195）m，宽（160～260）m，垂直厚度（8～27）m，滑坡体面积约 39 600 m2，滑坡体体积约514800m3，根据《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规范》（DT/T5337-2006）（以下称边坡规范）,该滑坡为中型中层滑坡。滑动面为层间破碎夹泥层，为一顺层滑移及蠕变的变形边坡。

3.4 滑坡体结构特征

图4 右坝肩开挖拉裂缝，最大深度可达5.1 m

根据钻孔、竖井和基坑开挖揭露，滑体剖面上可分为两个带；①第一滑带分布高程（276～295）m，此带以上岩性为粉质粘土夹碎块石（Qdel-2），结构松散，碎块石主要为砂质板岩，大小不一，最大直径可达1 m，主要分布于滑坡体中上部，厚度（3～12）m。②第一与第二滑带之间为块石，厚度（5～15）m，特征是拉裂，解体，但保持母岩特征，岩性为粉砂质板岩（Qdel-1），具似层状构造，拉张裂隙发育，岩体被切割呈块体结构，呈弱风化状，块石最大直径达3 m，拉裂缝最大宽度可达35 cm，可测最大深度大于5.1 m，拉裂缝局部充填少许粘土。见图4。此外，在滑坡前缘河床陡坎处1号竖井附近有鼓凸现象，并且其陡坎顶部有向河床倾斜现象，见图5。说明滑坡体经施工开挖、人为扰动，破坏了原有平衡状态，在施工开挖过程中，滑坡体前缘局部地带向河床产生了缓慢变形。

图5 1号竖井内侧变形陡坎

4 滑坡成因机制与稳定性分析

4.1 滑坡体成因分析

右坝肩上、下游及后缘分别受F1、F2、及F3断层影响，右坝肩处岩层倾向坡外，层面倾角小于坡角。在河流切割、地下水作用下，顺层边坡在重力作用下，沿坡体内被河流切割的某一软弱破碎夹泥层产生顺层滑移。从所揭露的第一、第二滑带分析，滑坡体存在两次滑移。当河流切割到第一滑带所在位置的破碎夹泥层时，破碎带以上坡体在自重作用下沿此破碎夹泥层（即第一滑带）产生快速位移，导致此滑带以上岩体破碎，呈粘土夹碎石状特征，结构松散。当河流继续下切到基岩某一深度内的破碎夹泥层（即第二滑带）时，由于第一次滑动造成滑坡体纵向地形平缓，重心下降，因此上部第二滑带以上滑坡体物质沿第二滑带产生缓慢蠕变滑移，从而形成第一、二滑带之间的变形体以松弛、拉裂及架空变形特征为主，但仍保持母岩基本特征。这也是为何前期勘探未能及时发现右岸滑坡体的主要原因。

4.2 稳定性分析及评价

4.2.1 边界条件与计算参数

右坝肩岸坡为一受断层切割围限的顺层蠕变滑移而形成的滑坡体，滑坡体边界条件为：F2断层构成下游切割面，F1断层切割构成上游切割面，F3断层构成后缘切割面，河床为前缘临空面。由于后缘F2断层倾角较陡，可以认为其近似垂直，其滑动面为破碎软弱夹层。依据 《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》（DL/T 5337-2006）附录 E.2，为了便于计算，滑坡体可以近似简化为边坡上有张裂隙的平面破坏形式，其地质模型简图见图6，可以通过式（1）对滑坡进行稳定性计算。

图6 坡面上有张裂隙的边坡平面型破坏

式中W——滑体的重力（kN）；

φ——滑动面的内摩擦角（°）；

c——第i块滑动面的粘聚力（kPa）；

L——滑动面的长度（m）；

β——结构面倾角；

u——水的上举力；

v——水的水平力。

4.2.2 稳定性分析及评价

在分析滑坡稳定性时考虑了两种非常工况和实际运行工况对滑坡进行稳定性验算：第一种非常工况，滑坡体不受地下水及自然降雨的影响的工况，即滑坡体内岩土、拉裂缝、滑带、侧向及后缘切割面处于天然含水状态；第二种非常工况，考虑暴雨或长时间降雨水气候，滑坡体内岩土、拉裂缝、滑带、侧向及后缘切割面滑坡体处于饱和状态；第三种实际运行工况，考虑地下水的作用，在水库运行时，滑坡体内地下水位以下的岩土、拉裂缝、滑带、侧向及后缘切割面滑坡体处饱和状态。

根据所建立的地质模型，采用式（1）对滑坡体上述三种工况进行稳定性计算，计算采用单宽平面型模式进行验算，其计算结果见附表。

通过以上计算可以得出：第一种工况，在现状开挖地形条件下，安全系数为1.41，滑坡体处于稳定状态。此工况是大坝开挖，滑坡体减载，且滑坡体内岩土体及各类结构面仅考虑了在天然含水状态的情况，故滑坡体的安全系数较高；第二种工况，安全系数为0.86，滑坡体不稳定。其主要原因为：岩土体及侧向切割面饱水，孔隙水压力升高，增加了岩土体的重量，降低了滑体及结构面间的抗剪强度，从而增加了滑体的下滑分力，故按全系数降低；第三种工况，安全系数为0.98，接近临界稳定状态，根据《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》（DL/T 5337-2006），大坝为4级建筑物，最小抗滑稳定系数应不小于（1.05～1.15）。故在正常蓄水位情况下，滑坡体的安全系数不满足大坝建筑物稳定要求。当考虑上部坝体及坝体前后回填土体的荷载后，其滑坡体的安全系数将更低，故务必对其进行加固处理。

附表 右坝肩滑坡稳定系数计算表

5 工程处理措施

通过上述稳定性计算分析，右坝肩滑坡体在水库蓄水后，存在坝肩抗滑稳定问题。由于受地形条件和其他因素控制，不可能另选坝址。根据滑坡体工程地质特性和稳定现状，最终在原址采取清除第一滑带以上滑坡体、加固第一、二滑带间的蠕变体的工程措施进行处理。具体工程措施如下：

（1）第一滑动带以上岩土为粉质粘土夹碎石，力学强度低，全部清除。第一滑带以下蠕变体岩土保持母岩成分，单块岩石强度较高，虽拉裂缝发育，但经加固可以整体提高其地基力学强度，故采取了对揭露出来的拉裂缝进行扩挖回填混凝土，再对坝基进行全面固结灌浆，固结灌浆深度伸入至第二滑带以下1 m。

（2） 右岸非溢流坝段 （桩号H0+072.242～H0+172.242）坝基为蠕变体，坝基张、拉裂缝发育，透水性较好，为防止库水及地下水沿裂缝渗透，降低裂隙面间及蠕变体的抗剪强度，帷幕灌浆前沿帷幕中心线设置了约3 m厚的混凝土防渗墙，墙体伸入滑带以下0.5 m，然后在防渗墙上进行常规帷幕灌浆，帷幕灌浆深度（15～20）m。

（3）为减少后缘山体地下水对蠕变体的长期渗透作用，降低其力学强度，在右坝肩正常蓄水位以上将帷幕延伸长（46.8～317）m高程附近，采用两排帷幕灌浆，孔距1.5m，排距1.0m。

（4）4#～7#挡水坝段需承受上游库水一定水头作用，是坝肩抗滑稳定问题重点处理地段。通过稳定计算，为抵抗坝体及第二滑带以上岩体所产生的剩余下滑力，为此，对该坝段坝基及下游侧设置了（1 000～3 000）kN不等预应力锚索共76根及锚筋桩249根，排数按由坝肩至河床递增布置，深度伸入第二滑带以下（3～10）m。同时为减少坝基蠕变体的不均匀沉陷变形，对坝基铺设了Φ25@250 mm水平钢筋。其它坝段只重点对于破碎的岩石地段及拉裂缝处铺设了Φ25@250 mm水平钢筋。大坝下游侧回填C15混凝土约4 m厚至大坝下游平台。

6 变形观测

为确保大坝稳定安全，在位于蠕变体上的4#～7#坝块分别设置了8组共12个观测点。从监测资料看，大坝累积最大位移值为0.2 mm（观测时间段为2016年11月2日至2017年3月2日），满足相应规范要求，故大坝变形基本正常，大坝处于安全状态。

7 结语

本文对古阳河水库右坝肩滑坡体的形态、规模、成因及对滑坡各种工况的稳定性分析，然后根据滑坡体物质成份、工程地质特性，稳定程度，选择了加固下部滑坡体作为坝肩持力层，使坝址即不挪动、又减少了工程开挖量、还保证了施工进度，产生了一定的社会和经济效益。经变形观测，右坝肩变形未超出变形允许值，右坝肩整体稳定。此文作为一工程实例，为存在类似工程地质问题的水利水电工程的兴建具有一定的参考意义。

[1]DL/T 5337-2006.水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程[S].

[2]常士骠，张苏民.工程地质手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.