五馬水庫庫區庫岸穩定分析及評價

趙 宇

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程地質概況

五馬水庫位于臨汾市古縣縣城西南五馬村東北約1km處，壩址所在河流屬汾河一級支流——洪安澗河南支，俗稱舊縣河。

庫區位于舊縣河干流下游，庫尾至上游賢腰村附近。河床兩岸大部分基巖裸露，山巒起伏，溝壑縱橫，沖溝較為發育。左岸地面高程659～789m，右岸地面高程 646～774m，兩岸邊坡自然坡角 30°～55°，并發育數條北東走向的沖溝，但延伸較短。河流呈“S”型，總體流向由NE轉向SE，河底高程634～690m，河流縱坡約1‰，為基巖河谷，局部有少量卵石混合土及土層，屬侵蝕構造為主的低山區。

庫區物理地質現象主要有風化和塌滑體。風化主要發育于基巖表層，其巖性不同，風化程度及深度也不同。一般砂巖巖性堅硬，節理裂隙發育，風化厚度較大；泥巖巖性軟弱，層內節理裂隙發育較弱，風化厚度相對較小。總體分析，庫區巖體強風化帶厚度為5～10m。庫區兩岸岸坡總體較為穩定，局部受卸荷、風化等外動力地質作用可見塌滑現象，但其規模和范圍較小，屬小型塌滑，對水庫影響不大。勘察發現，庫區右岸有3處塌滑體，坍塌體積約25.5萬m3，塌滑體 V1位于賢腰村西約0.5km處，塌滑體滑動方向S30°W，河谷處為陡崖，塌滑體長170m、寬90m，厚5～10m，塌滑體積約15.3萬m3，其前緣高程740m。塌滑體V2位于賢腰村西約1.5km處，塌滑體滑動方向S12°W，河谷處岸坡較緩，塌滑體長130m、寬90～120m，厚2～5m，體積6.8萬m3，其前緣高程690m。塌滑體V3位于大壩東約1.0km處，塌滑體滑動方向S71°W，河谷處較為平緩，塌滑體長 160m、寬 60～80m，厚 1～3m，體積3.4萬m3，其前緣高程670m。

2 庫岸穩定分析

庫區內以較陡的巖質岸坡為主，局部發育土質岸坡。岸坡穩定分為土質邊坡和巖質邊坡兩種。

2.1 土質邊坡

庫區土質岸坡分布于庫區凸岸及庫尾，巖性主要為第四系中更新統洪積（Q2pl）低液限黏土，局部夾鈣質結核。在庫區右岸上游距大壩300m處發育一較大沖溝，溝內地表覆蓋第四系中更新統低液限黏土及低液限粉土層。根據豎井資料，沖溝上部覆蓋層厚3～5m，向庫區方向覆蓋層逐漸增厚，厚度8～10m，基巖面高程668～682.5m，比水庫正常蓄水位為682.5m時低0～14.5m，比水庫正常蓄水位為677.5m時低0～9.5m。本次勘察取岸坡土層原狀樣進行室內試驗，根據其物理力學試驗指標可知，土層抗沖刷能力較差，存在坍岸問題。

當水庫處于正常蓄水位，土質邊坡在庫水的長期沖刷和淘蝕下，該處土體將產生不同程度的坍岸。

2.1.1 坍岸寬度預測

由庫區坍岸地質剖面圖可知，基巖面坡角小于水下穩定坡角，根據坍岸剖面實際形態，最終坍岸寬度采用《水利水電工程地質手冊》如下公式進行計算：

式中：St——經修正后的坍岸帶最終寬度，m；

N——與土的顆粒大小有關的系數；

A——庫水位變化幅度，m，其值為正常蓄水位與死水位差值；

hp——波浪沖刷深度，m；

hB——波浪爬高，m；

H——正常蓄水位以上岸坡高度，m；

α——淺灘沖刷后水下穩定坡角，°；

β——岸坡水上穩定坡角，°；

γ——原始岸坡坡角，°。

計算參數取值及計算結果見表1。當正常蓄水位為682.5m時，庫區最終坍岸寬度為62.6m；當正常蓄水位為677.5m時，庫區最終坍岸寬度為17.4m。

表1 參數取值及預測坍岸寬度計算結果表

2.1.2 坍岸方量估算

根據工程地質平、剖面圖，估算該段庫區的坍岸方量，見表2。

當正常蓄水位為682.5m時，最終坍岸總方量為1.24萬m3，其中水上坍岸方量0.38萬m3，水下坍岸方量0.86萬m3。當正常蓄水位為677.5m時，最終坍岸總方量為0.18萬m3，其中水上坍岸方量0.12萬m3，水下坍岸方量0.06萬m3。

表2 庫區坍岸方量估算結果表

庫區該段土質岸坡坍岸影響范圍內無村莊和工礦企業，主要是由坍岸造成的固體物質使水庫部分地段淤積而侵占庫容。

2.2 巖質邊坡

庫區河流為山區峽谷型河流，總體流向N60°W。庫區大部分地段基巖裸露，岸坡較陡。出露地層巖性為三疊系下統劉家溝組（T1l）和二疊系上統石千峰組（P2sh）灰紅色、灰紫紅色中—薄層細粒長石砂巖及薄層狀紫紅色泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖互層。自然邊坡坡度在10°～65°之間，為單斜巖層，地層產狀為N20°～30°W/SW∠8°～15°。

庫區左岸基巖岸坡自然岸坡在10°～60°之間，岸坡多傾向NE，與巖層傾向相反，為逆向岸坡，巖體總體較為穩定，未發現不穩定巖體存在。

庫區右岸岸坡大部分為巖質岸坡，自然坡角在20°～65°之間，上緩下陡，接近河面部位多呈直立狀，陡立面高5～20m。岸坡坡向SW，與巖層傾向大致相同，為順向岸坡，坡角大于傾角。局部地段節理裂隙發育，由裂隙與巖層組合將局部巖體切割成塊狀，在水庫正常蓄水運行后，可能產生局部邊坡失穩及小規模的塌滑，但不影響水庫的正常運行。

庫區發育三個小規模塌滑體均位于右岸，編號分別為 V1，V2，V3，塌滑體分布位置較高，僅 V3有少量滑塌體位于水庫正常蓄水位以下，V1，V2均高于水庫正常蓄水位。

三個塌滑體均沿坡面堆積，表層為第四系中更新統洪積（Q2pl）淡黃色低液限黏土，厚4～8m，下部為混合土碎石，厚 2～3m。水庫蓄水后，V1，V2因前緣高程高于水庫正常蓄水位，故不受水庫蓄水影響，僅V3因前緣有少量塌滑體位于水庫正常蓄水位之下，蓄水后有可能因庫水淘刷而產生部分坍塌，但規模較小，方量不大，不會對水庫正常運行產生較大影響。

3 結語

五馬水庫庫區大部分地段基巖裸露，土層分布范圍不大，距大壩300m處庫區右岸處，有一土質岸坡，估算坍岸方量小，對水庫影響小。基巖庫岸大部分地段較為穩定，庫區右岸發育三個小型塌滑體，僅V3前緣高程低于水庫正常蓄水位，其規模很小，對水庫運行影響不大。