葛岙水库缓倾角结构面深层抗滑稳定分析及处理

顾浩钦　周雪梅　沈翔　郭素真　陈迪辉

摘 要：本文以葛岙水库工程为例，描述了主坝河床15#～17#坝段坝基开挖揭露的缓倾角结构面产状、走向等，并详细分析了计算条件及参数，然后采用规范推荐的等安全系数法进行计算分析。根据计算成果，提出了一些进一步确保坝体安全稳定性的缓倾角结构面处理措施，以期为类似坝基地质情况的重力坝工程提供参考。

关键词：重力坝;缓倾角结构面;深层抗滑稳定;等安全系数;双滑动面

中图分类号：TV223文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）15-0056-03

Abstract： Taking the ge'ao reservoir project as an example， this paper described the occurrence and trend of the gently inclined structural plane exposed by the dam foundation excavation of the riverbed 15#～17# dam section of the main dam， analyzed the calculation conditions and parameters in detail， and then used the equal safety factor method recommended by the code for calculation and analysis. According to the calculation results， some treatment measures of gently inclined structural plane to further ensure the safety and stability of the dam body were put forward， in order to provide reference for gravity dam projects with similar dam foundation geological conditions.

Keywords： gravity dam;lowly inclined structure faces;deep anti sliding stability;equal safety factor;double sliding surface

1 工程概况

葛岙水库工程位于宁波市奉化区尚田镇，是一座以防洪为主，结合供水、灌溉、生态等综合利用的中型水利枢纽工程。水库流域面积为38.50 km2，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准2 000年一遇。水库枢纽工程主要由拦河坝（包括主坝和副坝）、泄水建筑物、放空建筑物和输水建筑物等组成。水库正常蓄水位62.00 m，设计洪水位65.31 m，校核洪水位66.33 m，总库容4 095.00万m3。大坝坝型为常态混凝土重力坝，主坝长343.00 m，最大坝高47.50 m，副坝长212.00 m，最大坝高37.50 m。

2 缓倾角结构面性状分析

2.1 主坝右岸河床坝段坝基现场情况

2020年上半年，葛岙水库主坝右岸河床坝段（15#～17#坝段）建基面开挖过程中，发现坝基岩体结构面较发育，断层及节理较多，坝基范围内揭露f5—f12等8处断层破碎带，其中6处为陡倾角结构面，2处（f10、f11断层）为缓倾角结构面[1]。主坝15#～17#坝段建基面揭露断层分布位置如图1所示。

2.2 缓倾角结构面产状

f10断层主要揭露于主坝15#坝段建基面，延伸较长，交错于断层f7、f9。主要产状为N5°E/SE∠30°，与断层f11走向近平行，局部面扭曲，缓倾角倾向主坝下游右侧。该断层充填强风化状硬质凝灰岩，局部充填少量泥质岩屑。断层f10缓倾角结构面抗剪断（抗剪）强度参数建议值：抗剪断摩擦系数[f]=0.50，抗剪断凝聚力[C]=0.10MPa，抗剪摩擦系数[f]=0.40。

f11断层揭露于主坝15#、16#坝段建基面，延伸较长，交错于断层f5、f7。主要产状是N10°E/SE∠20°，为缓倾角结构面，与断层f10走向近平行，局部面扭曲，缓倾角倾向主坝下游右侧。f11断层主要充填强风化状硬质凝灰岩，与断层f5交错处充填岩屑夹泥质，断层周围岩体较破碎;在坝下0+009处往上游方向揭露長约15.00 m，揭露厚10.00～50.00 cm，主要充填岩块岩屑，局部较破碎。

为推测f11断层在主坝16#坝段下的延伸情况，在主坝16#坝段布置了4个钻孔。根据现场钻孔回水颜色变化及进尺快慢情况，推测f11断层在主坝16#～17#坝段下确有延伸，钻孔内揭露厚度为0.50～1.30 m，倾角约20°，推测断层f11在主坝16#坝段下的影响带厚度为0.47～1.22 m。

3 缓倾角结构面深层抗滑稳定分析

主坝右岸河床坝段建基面现状揭露的f10、f11断层为缓倾角结构面，为确保主坝坝体稳定，需要复核验算其所在坝段的坝体深层抗滑稳定情况。

3.1 深层抗滑稳定计算方法

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）[2]附录C，按抗剪断强度采用等安全系数法计算的重力坝深层抗滑稳定分析方法如下。双滑面为常见情况，如图2所示。

按抗剪断强度公式计算的重力坝深层抗滑稳定安全系数不应小于规定值，即基本组合不小于3.00，特殊组合1不小于2.50，特殊组合2不小于2.30。

3.2 深层抗滑稳定计算参数

主坝右岸河床坝段坝基缓倾角结构面f10、f11断层总体分布于15#坝段及其右岸坝基。根据施工现场f10、f11断层开挖揭露及地质钻孔探明情况，物理力学指标如表1所示。

根据地质勘察成果，在15#～17#坝段深层抗滑稳定分析过程中，可通过计算断面坝基建基面高程，进行15#～17#坝段下游侧滑出面（最不利的破裂面）位于坝基中岩层位置（弱风化～微风化）的判别。对现场坝基开挖揭露岩层进行分析可知，15#～16#坝段计算断面下游侧滑出面位于坝基微风化岩层，17#坝段计算断面下游侧滑出面大部分位于坝基微风化岩层，仅表层1.5～3.5 m深度范围位于弱风化岩层。下游侧滑出面的计算参数按此原则选取。

3.3 主坝坝基深层抗滑稳定分析

主坝15#～17#坝段坝基深层抗滑稳定分析的滑动模式均为双滑面模式，即上游以f10、f11断层为底滑面，剪断下游岩体，使坝体带动岩层，并沿着岩层面从坝趾后方剪出。鉴于坝体断面范围外下游岩层内部节理情况不明，计算中下游滑出面通过试算方式选择一条最不利的破裂面（在滑出面与水平面成不同夹角的情况，分别用等安全系数法计算出不同的深层抗滑稳定安全系数，直至出现最小值），从而最终确实计算断面坝体深层抗滑稳定最小安全系数，与规范要求的允许值对比分析[3]。

本次分别对主坝15#坝段桩号0+223断面受f10断层影响，16#坝段桩号0+229断面受f10、f11断层影响，16#坝段桩号0+238断面受f11断层影响，17#坝段桩号0+239断面受f11断层影响，17#坝段桩号0+253断面受f11断层影响的深层抗滑稳定安全系数进行计算分析，并同时就基本组合工况的两种工况（正常蓄水位工况1、设计洪水位工况2）、特殊组合1的三种工况（校核洪水位工况3、施工完建期工况4、正常蓄水位+排水失效工况5）进行计算，计算分析成果详见表2。

根据施工地质描述分析，断层f10、f11倾向下游及右岸，往主坝下游及右岸坝肩处断层埋深逐渐加深。上述计算结果表明，主坝15#～17#坝段受缓倾角结构面影响，在基本组合和特殊组合1的5种工况下，深层抗滑稳定安全系数均能满足规范要求，但16#坝段局部安全富余较小。

4 缓倾角结构面处理方案

结合现状，拟采取相应措施，进一步确保坝体的安全稳定性，具体论述如下[4]。

第一，f10、f11断层在15#～16#坝段建基面的揭露处，采用混凝土塞截断处理，并在混凝土塞前端，掏挖局部缓倾角结构面破碎岩体，掏挖进尺0.3～0.5 m，并用C25混凝土回填。

第二，因主坝右岸河床坝段坝基断层较多，根据规范要求，调整原施工图坝基固结灌浆孔排距、孔距，同时增加对断层破碎带的针对性固结灌浆（可采用定点固结灌浆的方式，根据施工单位对断层槽挖后的现场测量结果，布置定点固结灌浆孔位置）。

第三，主坝右岸河床坝段坝基f8～f11断层为顺水流方向，且贯穿于主坝15#～17#坝段的上下游，为进一步阻断顺水流方向断层引起的坝基渗透水流，降低坝基扬压力，在原施工图坝基灌浆排水廊道布置的单排帷幕灌浆（主帷幕灌浆）基础上，再增设一排帷幕灌浆（副帷幕灌浆），增设的副帷幕灌浆位于主帷幕灌浆下游侧1.0 m处，孔距2.0 m，范围为f9断层左侧3～5 m，右侧以切断f11断层浅部面，与主帷幕灌浆孔之间呈梅花形布置，深度为其上游侧主帷幕灌浆孔的0.65倍（但孔底高程不得高于相对不透水层界限）。

第四，在主坝坝基灌浆及排水廊道下游侧增设副排水孔，设置范围为15#～17#顺水流向断层影响范围处。副排水孔与主排水孔在同一中心线上，于主排水孔中间布置，孔距2.5 m，倾向下游20°。副排水孔孔深深入缓倾角结构面断层破碎带以下不小于1.0 m，穿过断层破碎带的排水孔，应采取相应的保护措施。

第五，因坝基断层开挖，主坝15#、16#坝段下游侧下挖较深，最低处已达10.8 m。断层混凝土塞回填完成后，对其进行C9025W6F50大体积混凝土回填处理，并采取相应的光滑基岩面凿毛、陡倾角基岩面锚杆及接触灌浆设置等措施。大体积混凝土回填完成后，顶部铺设钢筋网一层（Φ28@300 mm×300 mm）再澆筑坝基混凝土。

5 结语

本文以宁波奉化区葛岙水库工程为例，介绍了主坝河床15#～17#坝段建基面开挖揭露断层情况，并详细描述了f10、f11两条缓倾角结构面的产状、走向等。然后采用重力坝深层抗滑稳定计算分析的等安全系数法（按抗剪断强度），计算分析了受其影响的各坝段深层抗滑稳定安全系数。结果表明，15#～17#坝段深层抗滑稳定安全系数均能满足规范要求，但16#坝段局部安全富余较小。本文最后提出了一些进一步确保坝体稳定安全性的缓倾角结构面处理措施，以期为类似坝基地质情况的重力坝工程提供参考。

参考文献：

[1]宁波市水利水电规划设计研究院.宁波奉化区葛岙水库工程初步设计报告（报批稿）[R].宁波：宁波市水利水电规划设计研究院，2020.

[2]中华人民共和国水利部.混凝土重力坝设计规范：SL 319—2018[S].北京：中国水利水电出版社，2018.

[3]林继镛.水工建筑物[M].5版.北京：中国水利水电出版社，2009：12.

[4]韩健，卢玲，包芬芬.对重力坝设计深层抗滑稳定分析的探讨[J].中国水运，2014（1）：309-311.