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水库工程地质勘察中潜在滑坡体稳定性分析

范文

张永央

摘要：水库工程勘察不仅需要重点关注挡水建筑物（坝址区）、泄洪建筑物、引水建筑物和发电厂建筑物等，而且要重视近坝库区内潜在的滑坡体。本文以河南省某大型水库工程地质勘察为例，分析其溢洪道右岸潜在滑坡体的稳定性，并提出了工程治理建议，这对类似水利工程的勘察、设计、施工和安全运行具有指导意义。

关键词：水库工程;地质勘察;潛在滑坡体;稳定性分析;安全运行

中图分类号：P642.22文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）13-0080-04

Stability Analysis of Potential Landslide in Reservoir

Engineering Geological Survey

ZHANG Yongyang

（Henan Water Conservancy Survey Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： Reservoir engineering surveys not only need to focus on water-retaining buildings （dam site area）， flood discharge buildings， water diversion buildings and power plant buildings， but also should pay attention to potential landslides in the vicinity of the dam reservoir area. This paper took the engineering geological survey of a large reservoir in Henan Province as an example， analyzed the stability of the potential landslide body on the right bank of the spillway， and put forward engineering treatment suggestions， which had guiding significance for the investigation， design， construction and safe operation of similar water conservancy projects.

Keywords： reservoir engineering;geological survey;potential landslide body;stability analysis;safe operation

河南某大型水库位于三门峡市境内的黄河支流上，其控制流域面积约为900 km2，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉、发电、旅游等综合利用的大（Ⅱ）型水库。主体工程有主坝、副坝、溢洪道、泄洪灌溉（发电）洞、电站等，其中溢洪道由进口引渠段、闸室段、陡坡段和挑流段四部分组成。底宽为32.5 m，全长约为295 m。闸室设3孔闸门，每孔净宽为9.5 m，闸室段长为14 m，其采用钢筋混凝土结构，闸底高程为642 m。

1 地质概况

1.1 地形地貌

坝址区地貌属剥蚀低山区，边坡较陡直，边坡无第四系覆盖，溢洪道右侧山顶高程为732.8～800 m，最高处高出河床约220 m，边坡坡率一般为（1.00∶0.75）～（1.00∶1.20）。

1.2 地层岩性

根据地质勘察资料，水库坝址区右岸山体岩性以弱风化安山玢岩为主，局部岩体呈强～全风化状，坡顶被第四纪碎石土、黄土及砂卵石所覆盖。

安山玢岩（[Pt12xm]）呈紫红色、墨绿色，属喷发岩，隐晶质，质地坚硬，具有杏仁状构造，含有长石斑晶。

碎石土（Q4）呈灰黄色，碎石含量为60%～80%，成分主要为安山玢岩碎块，粒径一般为3～8 cm，大者可达20 cm，棱角状，岩屑、泥质充填，泥钙质呈微胶结～未胶结，厚度为2～10 m。

1.3 地质构造

根据地质勘察资料，受溢洪道右岸山体构造影响，当地发育有多条断层，断层及其破碎带宽度不一，一般规模较小，通常小于0.2 m，断层倾角一般为52°～86°;断层以近南北向断裂为主，主要包括北东、北西向二组节理“×”型断层，这些构造多属于同源构造，也有后来迭加的，它们相互干扰，形成错综复杂的断裂破碎带，如表1所示。溢洪道右岸构造发育，岩体被切割，呈碎块状，岩体多呈强风化状，FI-3断层是坝址区附近规模最大的断层之一，倾向为242°～270°，与河谷走向一致，穿过溢洪道右侧山体，断层延伸较长，形成了一个宽约10 m的断层影响带，属区内控制性断裂构造之一。

溢洪道右岸岩体裂隙发育，根据测绘资料，面积裂隙率为1.0%～3.9%，充填物以碳酸盐类为主，表面有白色粉末状结晶体，节理面夹泥质和铁锰质薄膜，充填不够密实，倾向205°、倾角47°左右的原生裂隙（构造成因）自上而下贯穿，与溢洪道进口段交角约为90°，倾角为25°～41°一组的节理裂隙倾向河谷发育。主要裂隙统计结果如表2所示。

1.4 水文地质条件

1.4.1 地下水类型。根据埋藏条件，场区内地下水主要为第四系松散层孔隙潜水、基岩裂隙潜水和喀斯特溶洞水。

1.4.1.1 第四系松散层孔隙潜水。第四系松散层孔隙潜水主要含水层为河床砂卵石层、漫滩的砂卵石层，水量较丰富，补给排泄均甚迅速，地下水变幅较大，水位一般位于水库蓄水线以下。

1.4.1.2 基岩裂隙潜水。基岩裂隙潜水可分为岩体风化裂隙潜水和构造裂隙潜水[1]。一是岩体风化裂隙水。第四纪以前地层，由于表面长期风化碎裂，形成了统一的透水带，以后被第四纪土层沉积掩盖，而形成含水层。其主要分布于坝址区左岸，如谢家坡、庄里等处，测绘时均见有裂隙水渗出，流量一般很小，分布广，沿河支流的河水多源于此。二是构造裂隙潜水。主要的含水层为断层破碎带，大坝下游右岸、云头以下灰岩、鱼哭寺等泉水皆是。

1.4.2 岩土体的渗透性。河床砂卵石厚为10～15 m，覆盖层以下安山玢岩比较新鲜完整，透水性不大，渗透系数K=（112～1.50）×10-6cm/s，渗透性成果统计情况如表3所示。

2 潜在滑坡体稳定性分析

根据上述描述，组成溢洪道右岸边坡的岩体，构造发育，工程地质条件差，存在潜在的滑坡体，而且滑坡体方量巨大，如发生滑动将直接威胁到溢洪道、灌溉发电洞进口的安全。

2.1 潜在滑坡体的边界条件

溢洪道右岸潜在滑坡体后缘以f4、FI-3、f6断层为界，FI-3断层规模如表1所示，该断层将滑坡体分成两部分。坍滑体的前缘可分为南北两部分，其中北侧部分前缘位于溢洪道右侧翼墙的顶部，检测数据表明，近年来，该翼墙无移动趋势，南侧部分前缘位于水库溢洪道进口段的平台以东侧坡脚处。滑坡体后缘最高处高程约为720 m，前缘一般位于约629 m高程处，滑坡体具有后缘陡坡的特点。根据勘察资料，滑坡体滑动面为弱～强风化的安山玢岩，属于浅层滑动。

2.2 潜在滑坡体现状分析

潜在滑坡体位于溢洪道的右侧，岩体多为弱风化安山玢岩，周边地质环境复杂，发生地质灾害后危险性大，危害程度大，根据现场勘察，已发生的坍塌部分现状条件已基本趋于稳定，但如遇连续降水，可能发生崩塌等地质灾害，崩塌等严重时将阻塞溢洪道，影响水库的泄洪，威胁整个水库的安全运行。

2.3 潜在滑坡体稳定性计算

以FI-3断层及其破碎带为滑动面，同时以弱～强风化安山玢岩和已坍塌部分为滑坡堆积物，为计算潜在滑坡体的稳定性，可取滑坡体1 m单宽为计算单元进行稳定分析。计算期间，各物质力学参数取试验数据的平均值，计算公式采用《工程地质手册》《水利水电工程地质手册》进行对比[2-3]。

《工程地质手册》公式为：

式中，[γr]为滑动岩体的天然重度，kN/m3，弱风化岩体、断层破碎带、坍滑体分别取27、25、23 kN/m3;[h]为滑动岩土体的垂直厚度，m;[c]为滑带岩的凝聚力，kPa;[φ]为滑带岩的内摩擦角，°;[α]为滑动面的倾角，°;[a]为地震加速度，m/s2;[g]为重力加速度，取9.81 m/s2。

《水利水电工程地质手册》公式为：

式中，变量符号同上。

库水位为630 m，取[c]=33 kPa、[tanφ]=0.48，工况按自然状态、饱和状态、地震时自然状态三种情况分别计算稳定系数[k]，计算结果如表4所示。

根据计算结果，潜在滑坡体在3种工况下的稳定系数[k]为1.00～1.22，基本处于临界状态，不满足重要工程项目岩质边坡抗滑稳定应大于1.5的要求。

3 工程治理建议

潜在滑坡体南北向长为260 m，东西向宽为80～140 m，滑坡体厚度不一，一般为2～6 m，最厚处约为10 m，工程治理时可在溢洪道右侧翼墙上修筑平台，清除已坍塌的堆积物，对FI-3、f4、f6断层上盘基岩进行削坡减负，形成不大于40°的坡面，清理危岩体，整平坡面，并做好防水护坡，坡顶设置截水沟，防止雨水入渗[4-5]。潜在滑坡体基岩主要为弱风化安山玢岩，可在滑坡体中、下部1/3处设置抗滑桩，坡脚处设置挡土墙，防止潜在滑坡体发生滑动。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.水利水电工程地质勘察规范：GB 50487—2008[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2]工程地质手册编委会.工程地质手册[M].北京.中国建筑工业出版社，2018.

[3]水利電力部水利水电规划设计院.水利水电工程地质手册[M].北京：水利电力出版社，1985.

[4]陈平货，乔新颖，吴雪皓，等.灵宝某新型农村社区抗滑桩处地裂缝形成原因分析[J].西部探矿工程，2015（9）：187-189.

[5]孙战争，葛仁涛.荥阳市唐岗水库工程地质问题及评价[J].河南水利与南水北调，2016（5）：122-123.

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