泥峪河水库拱坝坝肩稳定性分析

2021-11-08张小利

陕西水利 2021年10期

张小利

（陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西咸阳 712000）

1 工程概况

泥峪河水库位于秦岭北麓的周至县竹峪镇境内泥峪河下游，工程区距离周至县县城27 km，距竹峪镇政府所在地12 km。泥峪河水库是周至县城以西7 个乡镇供水的水源工程，流域面积86.3 km2，水库总库容小于1000 万m3，属于小（1）型水库。设计坝高96m，坝顶高程906.0 m，正常蓄水位902.0 m，初拟坝型为混凝土重力坝及拱坝方案。主要建筑物为4 级，次要建筑物为5 级。根据《水利水电工程等级划分和防洪标准》（SL 252-2017），该工程为小（1）型，根据《村镇供水工程技术规范》（SL 310-2004），工程等别为Ⅳ等。本文仅对拱坝方案进行分析。

2 坝址区工程地质概况

2.1 区域概况

工程区位于华北板块（Ⅰ）北秦岭活动大陆边缘（Ⅰ3）宽坪残留中元古代裂谷（Ⅰ32）中。宽坪残留中元古代裂谷（Ⅰ32）位于北秦岭活动大陆边缘（Ⅰ3）北部，南部与草滩沟-二郎坪弧后盆地叠加二叠纪-晚三叠世成煤内陆上叠盆地（Ⅰ33）相接，北部与鄂尔多斯地块（Ⅰ1）中的渭河断陷盆地（Ⅰ14）相接。区域内活动断裂发育，有东西方向、北东方向，还有北西方向，且以东西向为主，距工程区较近，对工程区影响较大的断层主要为秦岭北缘断裂（F2）、铁炉子断裂（F8）、陇县-岐山-马召断裂（F15）。坝址距秦岭北缘断裂（F2）西段约6 km，距陇县岐山马召断裂（F15）约14 km，上述两个断裂第四系均具有活动性，且有地震活动，未来断裂活动将对工程场地产生影响。

根据1∶400 万《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)，拟建枢纽Ⅱ类场地地震动峰值加速度均为0.20 g，地震动反映谱特征周期均为0.40 s，相应地震基本烈度为Ⅷ度。综合大地构造、地震动峰值加速度、地震烈度、场址区断裂活动性、地震活动性影响分析，工程区属区域构造稳定性较差场址（三分体系）。

2.2 地质概况

2.2.1 坝址区工程地质条件

坝址区地貌形态属中山峡谷区。河谷呈深切的“V”型河谷,谷底宽度60 m～80 m。河谷蜿蜒曲折，呈“S”型展布。两岸植被发育，边坡基岩裸露,自然坡面倾角45°～53°。局部近直立,风化卸荷作用下两岸边坡较破碎,右岸高程841 m～874 m，坡脚堆积有崩坡积堆积体。

1）坝基

河床坝基上部为漂卵石，层厚16.0 m～18.0 m，承载力标准值fk=300 kPa，变形模量E0＝18 MPa～20 MPa，渗透系数k=4.36×10-2cm/s。下伏下元古界宽坪组（Pt1k11）云母石英片岩，局部发育云母片岩软弱条带，最大宽度约5.0 m。强风化带岩体垂直厚度一般2.5 m～6.0 m，弱风化带岩体垂直厚度一般3.6 m～10.0 m。弱风化带岩体基本质量级别为Ⅲ级，属BⅢ1类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=52.8 MPa，变形模量E0=6.0 GPa，承载力标准值fk=2.5 MPa，透水率q=6.34 Lu～7.05 Lu，弱透水性；微风化带岩体基本质量级别为Ⅱ级，属AⅡ类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=65.7MPa，变形模量E0=8.0 GPa，承载力标准值fk=4.0 MPa，透水率q=1.12Lu～2.75Lu，弱透水性。

建议大坝建基面选择微风化岩体，施工临时开挖坡比：漂卵石水上1∶1.5，水下1∶2，强风化岩体1∶0.75～1∶1，弱风化岩体1∶0.5，并应做好基坑排水工作。坝基防渗采用帷幕灌浆，防渗下限为岩体透水率q 小于3 Lu 以下5.0 m。根据野外地质测绘及孔内摄像成果，河床坝基虽发育1 条断层（f6），走向290°(左岸)～265°(右岸），倾角65°～80°,倾向上游，与河流方向近乎直交，倾角较陡,对坝基抗滑稳定性影响较小；虽然发育顺河方向的裂隙，但是未发现缓倾角裂隙发育,下游没有风化深槽，坝基抗滑稳定性较好。

2）左坝肩工程地质条件

左坝肩地形下陡上缓，坝顶高程以上边坡高约103 m，坡面倾角17°～43°，基岩裸露，主要由云母石英片岩组成，自然边坡稳定，受裂隙和层面切割，切割形成的块体对边坡稳定不利。坝顶高程以下自然坡面倾角50°～70°，基岩裸露，主要由云母石英片岩组成，局部夹条带状白云质大理岩，岩层产状210°∠67°，岩层倾向与坡向近于直交，发育两处云母密集带。云母密集带上部宽度0.3 m～0.7 m，长度大于10 m～15 m，两者产状与岩层产状相近，带内云母呈定向排列，手捏易碎，可视为软弱夹层。

左坝肩共发育f1、f5、f6、f7 等3 条地面断层，其中f5 断层走向与河流夹角较小，对坝肩抗滑及防渗不利，其余断层走向与河流方向夹角较大，影响坝肩局部变形。坝肩边坡整体稳定性较好，局部受裂隙、断层及层面切割形成的块体对边坡稳定不利。根据勘探试验资料分析，岩体表面强风化下限水平宽度一般15.2 m～18.8 m，垂直厚度14.0 m～16.1 m；弱风化下限水平宽度一般33.0 m～40.0 m，垂直厚度18.5 m～28.0 m，其中弱风化上带垂直厚度12.0 m～17.5 m，下带垂直厚度7.0 m～14.8 m。强风化带岩体基本质量级别为Ⅳ级，属CⅣ类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=25.8 MPa，变形模量E0=1.0 GPa，承载力标准值fk=0.5 MPa，透水率q=6.68 Lu～7.00 Lu，弱透水性；弱风化上带岩体基本质量级别为Ⅲ级，属BⅢ2类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=46.1MPa，变形模量E0=4.0 GPa，承载力标准值fk=2.0 MPa；弱风化下带岩体基本质量级别为Ⅲ级，属BⅢ1类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=52.8 MPa，变形模量E0=6.0 GPa，承载力标准值fk=2.5 MPa，透水率q=2.76～5.26Lu，弱透水性；微风化带岩体基本质量级别为Ⅱ级，属AⅡ类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=65.7 MPa，变形模量E0=8.0 GPa，承载力标准值fk=4.0 MPa，透水率q=1.94 Lu～3.18 Lu，弱透水性。建议坝肩建基面选择微风化岩体，2/3 坝高以上可选择弱风化下带岩体，施工临时开挖坡比：强风化岩体1∶0.75～1∶1，弱风化岩体1∶0.5。坝基防渗采用帷幕灌浆，防渗下限为岩体透水率q 小于3Lu 以下5.0 m。

3）右坝肩工程地质条件

右坝肩861 m 高程以上斜坡基岩裸露，主要由云母石英片岩组成，坡面倾角30°～53°。846 m～861m 高程为崩坡积，以碎块石为主，最大层厚约8 m。根据勘探试验资料分析，岩体表面强风化下限水平宽度18.6 m～20.8 m，垂直厚度18.8～19.5；弱风化下限水平宽度一般38.1 m～43.5 m，垂直厚度37.0 m～42.0 m，其中弱风化上带垂直厚度18.2 m～22.0 m，下带垂直厚度4.9 m～6.0 m。强风化带岩体基本质量级别为Ⅳ级，属CⅣ类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=25.8 MPa，变形模量E=1.0 GPa，承载力标准值fk=0.5 MPa，透水率q=6.68～7.00 Lu，弱透水性；弱风化上带岩体基本质量级别为Ⅲ级，属BⅢ2类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=46.1MPa，变形模量E=4.0GPa，承载力标准值fk=2.0 MPa；弱风化下带岩体基本质量级别为Ⅲ级，属BⅢ1类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=52.8 MPa，变形模量E=6.0 GPa，承载力标准值fk=2.5 MPa，透水率q=3.42 Lu～6.24 Lu，弱透水性；微风化带岩体基本质量级别为Ⅱ级，属AⅡ类坝基岩体，饱和抗压强度Rb=65.7 MPa，变形模量E=8.0 GPa，承载力标准值fk=4.0 MPa，透水率q=2.26 Lu～2.83 Lu,弱透水性。右坝肩主要发育f6 一条地面断层，断层走向与河流方向夹角较大，影响坝肩局部变形。坝肩边坡整体稳定性较好，局部受裂隙、断层及层面切割形成的块体对边坡稳定不利，对坝肩局部抗滑稳定不利。建议坝肩建基面选择微风化岩体，2/3 坝高以上可选择弱风化下带岩体，施工临时开挖坡比∶强风化岩体1∶0.75～1∶1，弱风化岩体1∶0.5。坝基防渗采用帷幕灌浆，防渗下限为岩体透水率q 小于3 Lu 以下5.0 m。

2.2.2 拱坝适宜性分析

1）地形条件

本段泥峪河河谷蜿蜒曲折，呈“S”型展布，不顺直。自然坡脚左陡右缓，河床左岸宽7 m～11 m，右岸宽48 m～65 m，两岸不甚对称。左岸西宁沟段为一单薄山梁,左岸拱端下游15 m 左右发育一小冲沟，下游55 m 左右发育一大冲沟。右岸拱端下游41 m 左右发育一小冲沟，下游90 m 左右发育一大冲沟。受左右岸下游发育的冲沟影响切割，易形成下游临空面，对坝肩抗滑稳定不利。

2）边坡稳定

左岸边坡①④裂隙、①裂隙和f6 断层组合形成的块体，倾向坡外，对边坡稳定不利。根据综合分析认为，左岸边坡整体稳定，局部稳定性差。左岸下游拱肩槽均存在对边坡不利的结构面组合。

右岸边坡⑤⑥裂隙组合形成的块体，倾向坡外，对边坡稳定不利。根据综合分析认为，右岸边坡整体稳定，局部稳定性差。右岸下游拱肩槽均存在对边坡不利的结构面组合。边坡稳定对拱坝影响不大。

3）坝肩抗滑稳定

左坝肩存在裂隙与缓倾角断层、裂隙与缓倾角裂隙组合的潜在滑移块体，右坝肩存在裂隙与缓倾角裂隙组合的潜在滑移块体。整体上两坝肩不存在断层构成的滑移块体，坝肩抗滑稳定问题不突出，其中左坝肩的抗滑稳定性差于右岸。

4）拱肩槽边坡稳定性

左坝肩拱肩槽上游面赤平投影见图1，下游面赤平投影见图2。