水库临水边坡稳定性分析及防护措施

兰绍华

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002）

两岔河水库工程位于贵州省息烽县息烽河及其支流小鹿窝河汇口的下游，距县城约10 km。息烽河是息烽县境内最大的一条河流，流域内多年平均降雨量1125 mm[1]。两岔河水库坝址以上流域面积285 km2。水库建成蓄水后，导致地下水位上升，将影响上游临水边坡稳定，影响居民房屋安全稳定，本文对不同工况下水库临水边坡稳定性进行分析，对临水自然边坡防护进行设计。

1 工程概况

居民房屋分布于820.0～860.0 m高程之间，临水自然边坡地形坡度约15°～30°之间，覆盖层厚度0.2～2.0 m，由残坡积与洪冲积粉砂质粘土夹碎石组成，碎石粒径0.2～8.0 mm，含量占60%左右。下伏基岩为奥陶系下统湄潭系（O1m），主要为泥质粉砂岩、泥质砂岩，岩层产状为300°∠40°。该组岩性特点是风化层厚，节理裂隙发育，特别是在强风化段中明显，风化残积物多为针状、薄片状碎石，透水性好，易折断，易风化，在长期饱和状态下易软化。自然边坡属于岩土混合边坡，上部覆盖层属于土质边坡，下部基岩属于反向层状边坡。

2 水库临水边坡稳定性分析

2.1 边坡与挡土墙级别确定

边坡级别根据边坡的对建筑物的危害程度、水工建筑物的级别、对人身和财产安全的影响程度、边坡规模等进行确定。

边坡对水库运行无影响，边坡失稳影响范围内现有20多户居民，约有60～100人左右。边坡最高处60 m，宽约200.0 m。该边坡的级别为4级。

2.2 选用岩土物理力学参数

通过试验资料整理统计参照类似工程经验，岩(土)物理力学指标建议值见表1。

表1 岩体物理力学参数值表

2.3 计算公式

圆弧型滑动计算公式：

式中，b为条块宽度；W1为在坝坡外水位以上的条块实重；W2为在坝坡外水位以下的条块浮重；Z为坝坡外水位高出条块底面中点的距离；u为坝体或地基中的孔隙压力；β为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角。

2.4 边坡稳定性分析

2.4.1 现状水位（806.0 m）

①正常运行工况

工况一：现状水位处于806.0 m，地下水位没有抬升，岩土混合边坡处于天然状态。

②非常运行工况

工况二：现状水库水位处于806.0 m+暴雨，边坡地下水抬升，岩土混合边坡处于暂状饱和状态。

根据《水利水电边坡设计规范》4级边坡的抗滑稳定安全系数见表2。

表2 4级边坡的抗滑稳定安全系数

图1 正常运行工况一计算结果图

图2 非常运行工况二计算结果图

表3 剖面临水边坡现状的稳定性分析表

由表3可知，临水自然边坡现状稳定性较好，处于稳定状态。

2.4.2 水库蓄水正常蓄水位（823.0 m）

当水库蓄水后，临水自然边坡地下水台升，运行条件发生改变，且在水位线附近，边坡覆盖层及强风化基岩长期受水位浸泡及淘蚀，引发塌岸，对边坡上部居民房屋造成危害。现对水库水蓄至823.0 m（正常蓄水位）运行工况稳定分析。

①工况一：正常运行工况，蓄水位处于823.00 m时，地下水位抬升，岩土混合边坡处于天然状态。

②工况二：非常运行工况，蓄水位处于823.00 m+暴雨，边坡地下水抬升，岩土混合边坡处于暂状饱和状态。

计算结果见图3、图4。

图3 蓄水位823.00 m正常运行工况一计算结果图

图4 蓄水位823.00 m非常运行工况一计算结果图

表4 （蓄水位823.00 m）临水边坡的稳定性分析表

由表4可知，临水自然边坡在正常蓄水位823.00 m高程时，稳定系数大于1，但在正常运行工况下小于规范要求的安全系数，说明在正常常蓄水位状况下，临水自然边坡处于稳定临界状态，存在着危险。

2.4.3 水库蓄水位升至设计洪水位（823.53 m）

现对水库水蓄至823.53 m（设计洪水位）水位非常运行工况稳定分析。

计算结果见图5。

图5 设计洪水位823.53 m非常运行工况一计算结果图

表5 1-1’剖面（设计洪水位823.53 m）临水边坡的稳定性分析表

由表5可知，临水自然边坡在设计洪水位823.00 m高程时，稳定系数达到规范要求的安全系数，说明在洪水期非正常运行工况下，临水自然边坡处于稳定状态，满足规范要求。

通过上述分析，当水库蓄水后，蓄水位处于823.00 m时，地下水位抬升，正常运行工况下小于规范要求的安全系数，说明在正常蓄水位状况下，临水自然边坡处于稳定临界状态，存在着危险，需进行防护治理。

3 临水边坡防护治理措施

临水自然边坡主要是因在正常蓄水位线附近，覆盖层及基岩强风化层受水位浸泡及淘蚀，形成局部塌岸，且基岩由薄层泥质粉砂岩及砂岩、泥岩组成，易风化，受水浸泡易软化，力学参数会近一步降低，因此采用挡土墙支护后，基岩和覆盖层不受水体直接冲刷与淘蚀，即可避免临水边坡失稳。

因受力条件简单，设计不采用其它复杂支挡结构，选择易施工，工艺简单，施工成本较低的防护结构。设计采用贴坡式M7.5浆砌石挡墙进行支护，建基面选铺0.10 m的M10砂浆，其上修建M7.5浆砌石防护墙，防护墙宽0.3 m，迎水面与背坡面根据地形修建。824.00 m高程以下为埋入段，采用施工开挖的弃地料回填。824.3 m起设泄水孔，采用埋设φ1寸钢管并伸入基岩1.0 m，基岩段钢管做花管，坡率1%，间距1.5 m，梅花型布置。迎水面墙面采用M10砂浆勾缝，勾缝宽5 cm。

另在860.00 m高程附近修建截水沟对地表水截流，防止大量雨水形成径流对边坡土体冲刷，导致边坡稳定性降低。截水沟修建于覆盖层上，沟体采用M7.5浆砌石砌筑，沟体采用矩形断面，内宽 0.6 m，净高0.5 m，边墙宽0.5 m，底部厚0.4 m。沟体比降1%～3%，超过10%坡降的设跌坎。

4 结语

两岔河水库建成蓄水后，地下水位上升，影响上游临水边坡稳定，采用理正软件对不同工况下水库临水边坡稳定性分析，发现水库在正常蓄水位时，临水自然边坡处于稳定临界状态，小于规范要求的安全系数，存在滑坡，坍塌等危险。因边坡受力条件简单，因此采用易施工，工艺简单，施工成本较低的贴坡式浆砌石挡墙进行支护，在860.00 m高程附近修建截水沟对地表水截流。边坡治理后，现水库现运行状态稳定，表明采用理正软件对两岔河水库不同工况下水库临水边坡稳定性分析结果准确，边坡治理措施工艺简单，施工成本低，防护治理措施显著。

[1]黄顺涛.断裂构造发育对贵州两岔河水库岩溶渗漏的影响研究[J].水利水电技术.2017（03）.