驮英水库层间泥化夹层对边坡稳定的影响

吕尚凡

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

驮英水库主要建筑物包括拦河坝、溢洪道及泄洪隧洞、灌溉发电引水系统、坝后河道电站发电引水隧洞、渠首电站及坝后河道电站厂房、升鱼机系统、进场交通道路等。驮英水库枢纽涉及的边坡开挖主要为溢洪道右侧开挖边坡，各种隧洞进出口开挖边坡等，其中最大开挖边坡为溢洪道边坡，坡高30.0～77.8 m。边坡稳定对驮英水库工程安全建设和运行是十分重要的。

1 驮英水库基本地质概况

（1）地形地貌。驮英水库坝址河谷为“V”型谷，水面宽20.5～52.0 m，河道平直，河流走向南偏东42°。河床高程163.4～166.4 m。沿岸边、冲沟以及局部岸坡见基岩出露，两岸山坡残坡积层均较薄，为0～3.2 m，右岸相对左岸较厚。

（2）地层岩性。驮英水库坝址区覆盖层从上至下依次为第四系冲积层砂卵砾石和残坡积层含碎石粉质黏土。下伏基岩主要为侏罗系下统百姓组上段地层（J1b2）和下段地层（J1b1），并根据沉积构造和岩性特征将J1b1划分为J1b1-5～J1b1-1共5 层，J1b2不另做分层。J1b1和J1b2岩性大致分为砂岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩3大类，呈夹层状或互层状[1]。

（3）地质构造。驮英水库坝址区总体构造相对稳定，但局部岩体褶皱现象发育，坝址河段共发育有4条褶皱，褶皱走向基本为北东向，均与河流走向正交或稍斜交，造成坝址区局部岩体扭曲、破碎严重，岩体多沿层面、裂隙面产生错动现象。坝址岩体中发育多组节理，其中以切层节理为主，节理多为陡倾角，面较平直光滑，与层面相切易形成不稳定块体，不利于边坡稳定。

2 泥化夹层发育分析

驮英水库坝址地处砂泥岩地区，其较为稳定的沉积环境决定了地层岩性多以粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层或夹层为主，岩质软硬相间，这就使得软弱的泥岩层顶或底面极易发展为软弱夹层，而雨季地下水位的抬升又导致渗透性较好的软弱夹层逐渐泥化形成泥化夹层。此外，驮英坝址区局部构造发育，多以节理、褶皱形式出现，构造带岩体破碎，渗透性强，这也是促进泥化夹层发育的另一个重要因素。

为查明驮英水库坝址岩层间泥化夹层发育情况，勘察期间进行了三项专项勘察工作：①在坝址及下游侧河床基岩出露位置绘制实测剖面；②在坝址河床及两岸钻孔中进行钻孔电视摄像；③在坝址左岸山坡上布置一个竖井，在坝址下游左岸布置1个勘探平硐和1 个勘探竖井，在坝址右岸南侧布置1个平硐。勘察成果见表1。

表1 驮英水库坝址区泥化夹层发育情况勘察成果

根据编录成果，坝址岩层中泥化夹层发育，特别是砂岩和粉砂质泥岩与砂岩分界处的泥化夹层两岸均发育，河床中也见有，宽度变化较大，且是连续的。

3 泥化夹层性质

3.1 表观性质

根据现场地质测绘，钻孔、平硐、竖井地质编录情况，驮英水库坝址区泥化夹层厚度不一，主要类型为泥型、泥夹岩屑型、岩屑夹泥型，呈黄褐色～红褐色，稍湿～湿，呈片状、团块状，手可按压、掰断，锤击声闷，湿水软化，易干裂。

3.2 物理力学性质

为进一步探明层间泥化夹层性质，勘察期间在砂岩结构面进行1 组直剪试验，试验应力为1.42 MPa，试验位置位于微风化砂岩段。共试验5 个试体，其中3个试体剪切面为砂岩间结构面，结构面表面有薄层状全风化砂岩，厚2～3 mm，剪切剥落成薄片状，表面有泥膜，为泥夹岩屑型；2 个试体剪切面为砂岩与泥岩接触层面（砂岩上盘、泥岩下盘），泥岩表面有厚约3 cm 的全风化层，剪切松动，局部可见平行于层面裂隙面，整体偏岩屑夹泥型。现场岩体结构面直剪试验结果：抗剪断摩擦系数0.37，抗剪断黏聚力0.10 MPa。根据现场直剪试验成果，结合各类岩体实际性状，参考《水利水电工程地质手册》，确定坝址基岩结构面抗剪强度参数建议值（见表3）。

表3 坝址基岩结构面抗剪强度参数建议值

4 层间泥化夹层对边坡稳定的影响

4.1 对溢洪道边坡稳定的影响

4.1.1 溢洪道泄槽段右侧边坡

根据勘察成果，溢洪道右侧边坡为岩质边坡，强～弱风化，岩体中主要发育3 组节理，由于褶皱发育，另发育有两组层面，由此组合成的结构面特征见表4。溢洪道泄槽段右侧边坡赤平投影图见图1。

表4 溢洪道泄槽段右侧边坡结构面特征

图1 溢洪道泄槽段右侧边坡赤平投影图

根据图1，控制强风化～弱风化岩体边坡稳定的不利节理裂隙组合是J1、J2和岩层面1 组合，而微风化岩体节理裂隙不发育，基本不影响边坡稳定；根据勘察成果，溢洪道边坡岩体中发育了J1b1-4层和J1b1-3层砂岩，且褶皱处风化较深，砂岩夹泥质粉砂岩岩层中夹有多条紫红色泥岩、泥化夹层条带，为泥夹岩屑型。采用理正边坡软件进行溢洪道右侧边坡稳定性计算，按岩质边坡楔形体法计算的边坡安全系数为1.19，虽满足规范要求，但安全性偏低，鉴于建筑物的重要性及失事后对大坝安全影响的严重程度，应对该边坡进行加强支护处理。针对该边坡主要以层间泥化夹层、不利节理组合切割为潜在不稳定因素的特点，对该边坡采取增设锚索、锚筋桩的支护措施（见图2）。

图2 溢洪道泄槽段右侧边坡支护典型示意图

4.1.2 溢洪道进水渠段边坡

溢洪道桩号0-072～0+024.6 出现变形，坡顶截水沟边缘出现两条拉裂缝，高程为265～275 m，长约55 m，裂缝宽度大于10 cm，最宽达15 cm，距离3～5 cm，基本垂直于主滑方向，在两侧见深切下部的近垂直节理。在变形体的拉动下，在上游侧转弯处边坡上出现了多条的拉裂缝，宽约2 cm，长30～60 m。

根据现场地质调查，溢洪道进水渠右侧边坡以强风化岩体为主，处于背斜核部，岩体破碎呈层状及碎裂镶嵌结构；岩层产状N62°E，NW∠33°，为近顺向坡；层间发育了多条泥化夹层条带，两侧发育陡倾角的节理，节理产状N41°W，NE∠75°～86°，该节理深切下部的岩体，开挖坡脚后边坡沿泥化夹层面发生滑动变形[2]。

根据地质成果，施工单位在233.5 m 平台往里至推测最深滑裂面处进行起坡开挖，233.5 m高程以上每级边坡高15 m，开挖坡比1∶1.75，开挖后边坡最大高度为56 m，采用植被混凝土防护+砂浆锚杆支护；233.5 m 高程以下按1∶1.5～1∶1.75 进行削坡，开挖后边坡最大高度为20.8 m，采用砂浆锚杆及混凝土护坡支护，砂浆锚杆按间距2 m×2 m布设，长4 m。其典型支护方案见图3。

图3 溢洪道进水渠段边坡典型支护图

4.2 对灌溉发电引水隧洞洞脸边坡的影响

灌溉发电引水隧洞出口边坡主要为层状泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，节理较为发育，存在泥岩夹层，且为顺向边坡，在岩层不利节理组合的影响下易形成楔形体掉块。在雨水冲刷下，已经出现了局部崩塌、掉块现象，对边坡稳定与施工安全均存在不利的隐患。

经边坡稳定性重新验算后，决定对灌溉发电引水隧洞出口边坡不稳定岩体进行挖除处理，根据岩层产状进行重新优化放坡，将高程213.9 m 以上三级边坡开挖坡比由原1∶1.25 放缓至1∶1.75，并加强后续支护措施，重新放坡及支护后示意图见图4。

图4 灌溉发电引水隧洞出口边坡处理方案示意图

5 结语

（1）前期勘察阶段，对于砂泥岩地区应探清是否存在泥化夹层，以及工程区泥化夹层的发育原因、规模及空间展布规律，并分析其物理力学性质并提出相关设计参数。

（2）室内设计阶段，应复核工程边坡是否存在顺向坡及不利节理组合，如存在则需进行边坡稳定性计算，并根据边坡稳定性计算结果提出相应支护措施或者边坡卸荷处理方案。

（3）施工阶段，应定期进行工程地质巡视及地质编录，并根据地质编录成果判断边坡稳定性；如边坡存在不稳定因素，应根据现场地质测绘及地质编录成果重新进行边坡稳定性计算。