横泉水库左岸边坡稳定性分析及评价

赵 宇

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司山西太原030024）

1 工程概况

横泉水库位于山西省吕梁市三川河支流北川河干流上，是一座以城市生活及工业供水、农业灌溉为主，兼顾防洪等综合利用的中型水利枢纽工程。

2 水库左岸坍岸治理段工程地质

左岸坍岸治理段总长785.57 m，左岸坡顶为耕地及硬化道路。受库水冲刷，局部地段坍塌严重。

该治理段总体走向为N50°E，蜿蜒起伏，时而凹进去，时而凸出来。现状边坡均为土质边坡，坡度85°～90°，边坡高度8.4～25.8 m，且有轻微的倒坡，土质边坡不稳定，部分坡段已有塌落痕迹。

左岸分布地层主要为第四系松散堆积物及人工堆积，现由老到新描述如下：

1）第四系中更新统洪冲积（Q2pal）

岩性为主要为级配不良砾夹级配不良砂层：较密实，卵砾石多呈次、圆棱角状，成分以花岗岩、片麻岩为主，可见灰岩。结构松散，砾卵石成分主要为砂岩，多呈板状、片状，细粒主要为细砂及低液限粉土。该层为中等-强透水层。分布于古河道，该层勘探深度内未见底。

2）第四系中更新统洪积（Q2pl）

岩性主要为低液限黏（粉）土，浅红、浅黄色，偶含钙质结核，局部夹级配不良砂透镜体，出露于坝址左岸，厚度9.5～18.1 m。

3）第四系上更新统风积（Q3eol）

岩性主要为黄褐色低液限粉（黏）土：结构稍密，垂直节理发育，具大孔隙结构，多具湿陷性。分布于左岸黄土台地及山坡，厚度一般10.4～30 m。

4）人工堆积（Qs）

岩性主要为碎块及碎石混合土等，主要为公路路基和公路开挖堆渣、建筑物等，厚0～3 m。

地下水类型为松散岩类孔隙水。松散岩类孔隙水含水层主要为全新统洪冲积低液限粉（黏）土、级配不良砾、级配不良砂、卵石混合土等，其富水性主要受颗粒大小、级配和地层结构等控制，一般富水性较好，但局部因含泥量增大，富水性变差。地下水主要接受大气降水补给，自库水上游向下游径流排泄。

3 边坡稳定性分析

库区左岸边坡坡度85°～90°，边坡高度8.4～25.8 m，且有轻微的倒坡，土质边坡不稳定，部分坡段已有塌落痕迹。若边坡发生塌方将会侵占库容，威胁到大坝及岸坡上建筑物安全，故需对该处土质边坡进行处理。边坡主要为河流冲刷形成，局部已发生坍塌形成倒坡，左岸边坡岩性为第四系上更新统风积（Q3eol）黄褐色低液限粉（黏）土，结构稍密，垂直节理发育，具大孔隙结构，软塑-可塑状，中等压缩性，存在湿陷及不均匀变形问题，工程地质特性一般。边坡坍塌形式为大面积深层滑塌。

据现场边坡裸露低液限粉（黏）土层观察描述、钻孔标准贯入试验、土工试验等资料，综合分析，低液限粉（黏）土物理力学参数地质建议值见表1。

表1 Q3eol 低液限粉（黏）土物理力学地质建议值表

据本次勘察，库区钻孔揭露地下水位深度为3.6～4.9 m，地下水由库区向库外渗流，故边坡稳定分析时需考虑地下水对岸坡影响。边坡稳定分析计算分自然状态及地震状态两种工况计算。依左岸边坡边坡形态、地层岩性以及坡顶建筑物分布特征，选取边坡典型断面采用理正岩土计算软件边坡稳定分析进行计算。

对于土质边坡，黏性土破坏面基本为圆弧型。为确保工程安全，采用如下方法确定潜在滑动面：

1）依据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013），按下式确定边坡塌滑区范围，即边坡坡顶塌滑区外缘至坡底边缘的水平投影距离。

式中：L——边坡坡顶塌滑区外缘至坡底边缘的水平投影距离，m；

H——边坡高度，m；

θ——坡顶无荷载时边坡的破裂角（°）；对直立土质边坡可取45°+φ/2，φ 为土体的内摩擦角；对斜面土质边坡，可取（β+φ）/2，β 为坡面与水平面的夹角，φ为土体的内摩擦角。

选取剖面编号为2-2’、4-4’、6-6’、8-8’等4 条典型断面进行计算（表2、表3），其中低液限粉（黏）土内摩擦角φ 取18.6°。

2）以边坡坡顶塌滑区外缘点及坡脚为两控制点，假定边坡潜在滑动面为圆弧形滑面，进行边坡稳定计算分析。

表2 典型断面滑塌区范围计算统计表

采用简化毕肖普法计算抗滑稳定安全系数，假定条块间只有水平作用力，而不存在切向力。计算公式如下：

式中：Fs——抗滑稳定安全系数；

ci——第i 条块底面的有效凝聚力，kPa；

φi——第i 条块底面的内摩擦角，（°）；

Wi——第i 条块重量，kN；

bi——第i 条块宽度，m；

θi——第i 条块滑面倾角（°）滑面倾向与滑面方向相同时取正值，相反时取负值；

表3 抗滑稳定天然工况安全系数计算结果表

抗滑稳定天然工况安全系数计算结果见表3。

依据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007），水工建筑物等级为3 级，边坡发生破坏对水工建筑物破坏严重，边坡级别为3 级。天然工况下，稳定安全系数应不小于1.15。由此可判定，左岸边坡在天然状态下处于不稳定状态，随时可能发生坍塌、滑坡。建议对边坡进行放坡、锚杆支护处理，增设排水措施，并加强观测。

4 边坡工程地质问题及评价

该段坍岸可采用混凝土挡土墙。挡土墙基础持力层为第四系上更新统风积（Q3eol）低液限粉（黏）土，软塑-可塑状，中等压缩性，存在湿陷及不均匀变形问题，不宜直接作为基础持力层。建议对地基采用水泥搅拌桩处理。也可采用格宾石笼。格宾石笼基础挡土墙基础持力层为第四系上更新统风积（Q3eol）低液限粉（黏）土，软塑-可塑状，中等压缩性，存在湿陷及不均匀变形问题，不宜直接作为基础持力层。建议对地基采用干插片石处理，提高地基承载力，消除地基不均匀变形。

建议开挖边坡：水上1∶1～1∶1.5，水下1∶1.5～1∶2，必要时采取支护措施。地基承载力建议值：Q3eol低液限粉（黏）土70～90 kPa，Q2pl低液限粘（粉）土100～120 kPa，Q2pal级配不良砾夹级配不良砂层200～250 kPa。极限侧阻力标准值：Q3eol低液限粉（黏）土50～60 kPa，Q2pl低液限黏（粉）土60～80 kPa，Q2pal级配不良砾夹级配不良砂层100～120 kPa。极限端阻力标准值：Q2pl低液限黏土300～450 kPa，Q2pal级配不良砾夹级配不良砂层1 500～2 500 kPa。

建议对左岸岸坡进行护坡，可采用挡土墙护坡，部分凹岸段，库水对岸坡易产生冲刷和淘蚀作用，影响岸坡土体稳定，建议采用钢筋混凝土护坡，或采用铅丝笼防护，并采取丁坝、顺坝等控导工程改变水势及流向，减弱库水冲刷。另外，处理边坡时应做好相应的防水、排水措施。

5 结论及建议

1）工程区处于芦芽山赤坚岭掀斜背斜南端，区内大于等于5 级（ML）的强震发生极少，区域稳定性良好。工程区地震动峰值加速度值为0.05 g，反应谱特征周期值为0.45 s，地震基本烈度为Ⅵ度。

2）左岸岸坡局部坡度较陡，且有轻微的倒坡，土质边坡不稳定，若边坡发生塌方将会侵占库容，威胁到大坝及岸坡上建筑物安全，故需对该处土质边坡进行处理。

3）建议施工过程中加强观测，并增设排水措施。