古陽河水庫右壩肩滑坡成因機(jī)制分析與工程處理措施

何根華 左小平

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

1 概況

古陽河水庫位于沅水二級(jí)支流古陽河中游，壩址距湖南省湘西自治洲古丈縣縣城上游1 km的城南老寨加油站，右岸有吉首-古丈S229省道通過。樞紐布置包括大壩、灌溉取水口和放空底孔。大壩為混凝土砌塊石重力壩，最大壩高45.5 m。右岸主要布置有4#～7#擋水壩和非溢流壩。

前期勘察工作由外單位完成，未發(fā)現(xiàn)右壩肩存在滑坡體。當(dāng)大壩基礎(chǔ)開挖至（277～284）m高程時(shí)，發(fā)現(xiàn)右壩肩巖層產(chǎn)狀零亂，巖體架空，巖石破碎，拉裂縫縱橫交錯(cuò)。針對(duì)開挖揭露出來的地質(zhì)問題，經(jīng)過專項(xiàng)勘察工作，基本查明了右壩肩滑坡體的邊界條件、結(jié)構(gòu)特征和變形機(jī)制，并對(duì)其進(jìn)行了加固處理。

2 右壩肩工程地質(zhì)條件

壩址處河道為向左岸凸出的弧形河灣，水面寬（10～12）m。兩岸地形不對(duì)稱，左岸為基巖陡立巖質(zhì)邊坡。右岸地形呈“舌”狀向河床凸出，坡角自下而上呈陡～緩～陡態(tài)勢，280 m高程到河床為陡坡，坡角60°～75°，坡高（5～10）m；（280～290）m 高程一帶為緩坡平臺(tái)，垂直岸坡長度約180 m，坡角10°～15°；290 m 高程以上至（310～350）m 高程，坡角 30°～35°，在290 m高程省道S229公路內(nèi)側(cè)，地形突變，坡角60°～75°，形成一高度（10～15）m 的陡坡。 壩址下游發(fā)育垂直岸坡沖溝。

構(gòu)成右壩肩一帶地層巖性由老到新為：①震旦系馬底驛組（Ptbn2m）：薄至中厚層狀粉砂質(zhì)板巖，厚度大于100 m；②地滑堆積（Qedl-1）：母巖成分為薄至中厚層狀粉砂質(zhì)板巖，厚（5～15.0）m，為右壩肩蠕變體中、下部；③地滑堆積（Qedl-2）：主要為粉質(zhì)粘土夾碎石，碎石直徑 5～10 cm，結(jié)構(gòu)松散，厚度為（3.0～12.0）m，分布于右壩肩邊坡中、上部。

壩區(qū)位于一北東向背斜NW翼近核部一帶，受構(gòu)造影響，巖層產(chǎn)狀變化較大，受 F1、F2、F3斷層影響，壩基一帶巖層產(chǎn)狀 N15°～30°W·SW∠8°～15°，傾向左岸偏上游，右岸為順層邊坡。背斜兩翼巖層總體傾向上、下游，其走向與岸坡斜交。壩區(qū)共發(fā)育斷層4條。上游 F1近垂直河床，傾向下游，傾角 70°～75°，右岸緩陡轉(zhuǎn)換地帶有F2斷層自上游向下游斜切右岸斜坡，傾向河床，傾角 60°～65°，下游 F3 近垂直河床，傾向上游，傾角 60°～65°。

通過開挖、豎井揭露，右壩基見有兩層剪切滑帶物質(zhì)，即：第一滑帶，“泥夾巖屑型”，為灰白色粘泥夾少量碎石，厚度（0.1～0.2）m，延伸情況較好；第二滑帶，“巖屑夾泥型”，以碎石為主，粘粒含量6.4%左右，呈紫紅色，可～軟塑狀，手摸有滑感，局部可見有石英碎屑，并見水平定向擦痕厚度（0.2～0.4）m，延伸情況較好；滑帶產(chǎn)狀 N15°～30°W，SW∠8°～15°，傾向河床左岸偏上游方向。

3 滑坡基本特征

3.1 平面形態(tài)特征

經(jīng)勘察，右壩肩為一沿層面蠕變滑移的順層滑坡體，滑坡體邊界分別為：下游以F3、上游以F1斷層、后緣以F2斷層為界。滑坡體平面上呈似“舌”狀，中部地形較為平緩，前緣已伸入河床，見圖1。滑坡平面形態(tài)見圖2。

圖1 滑坡體后緣陡坎

圖2 右岸平面地質(zhì)圖

3.2 剖面形態(tài)特征

滑坡體滑動(dòng)面呈折線型，滑坡體后緣由斷層F2構(gòu)成，傾向河床，傾角為60°～65°。滑坡體前緣位于河床，為河床砂礫石層覆蓋，厚度約（5～6）m，通過現(xiàn)場勘測和豎井勘探表明，滑坡體內(nèi)見有兩層滑動(dòng)帶，分布高程分別為（276～295）m（第一滑動(dòng)帶）和（263～283）m（第二滑動(dòng)帶），說明滑坡體存在至少兩次變形。滑坡體縱向形態(tài)見圖3。

圖3 右岸滑坡體縱剖面圖

3.3 滑坡體分類

通過現(xiàn)場勘察，滑坡體長約（180～195）m，寬（160～260）m，垂直厚度（8～27）m，滑坡體面積約 39 600 m2，滑坡體體積約514800m3，根據(jù)《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)范》（DT/T5337-2006）（以下稱邊坡規(guī)范）,該滑坡為中型中層滑坡。滑動(dòng)面為層間破碎夾泥層，為一順層滑移及蠕變的變形邊坡。

3.4 滑坡體結(jié)構(gòu)特征

圖4 右壩肩開挖拉裂縫，最大深度可達(dá)5.1 m

根據(jù)鉆孔、豎井和基坑開挖揭露，滑體剖面上可分為兩個(gè)帶；①第一滑帶分布高程（276～295）m，此帶以上巖性為粉質(zhì)粘土夾碎塊石（Qdel-2），結(jié)構(gòu)松散，碎塊石主要為砂質(zhì)板巖，大小不一，最大直徑可達(dá)1 m，主要分布于滑坡體中上部，厚度（3～12）m。②第一與第二滑帶之間為塊石，厚度（5～15）m，特征是拉裂，解體，但保持母巖特征，巖性為粉砂質(zhì)板巖（Qdel-1），具似層狀構(gòu)造，拉張裂隙發(fā)育，巖體被切割呈塊體結(jié)構(gòu)，呈弱風(fēng)化狀，塊石最大直徑達(dá)3 m，拉裂縫最大寬度可達(dá)35 cm，可測最大深度大于5.1 m，拉裂縫局部充填少許粘土。見圖4。此外，在滑坡前緣河床陡坎處1號(hào)豎井附近有鼓凸現(xiàn)象，并且其陡坎頂部有向河床傾斜現(xiàn)象，見圖5。說明滑坡體經(jīng)施工開挖、人為擾動(dòng)，破壞了原有平衡狀態(tài)，在施工開挖過程中，滑坡體前緣局部地帶向河床產(chǎn)生了緩慢變形。

圖5 1號(hào)豎井內(nèi)側(cè)變形陡坎

4 滑坡成因機(jī)制與穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡體成因分析

右壩肩上、下游及后緣分別受F1、F2、及F3斷層影響，右壩肩處巖層傾向坡外，層面傾角小于坡角。在河流切割、地下水作用下，順層邊坡在重力作用下，沿坡體內(nèi)被河流切割的某一軟弱破碎夾泥層產(chǎn)生順層滑移。從所揭露的第一、第二滑帶分析，滑坡體存在兩次滑移。當(dāng)河流切割到第一滑帶所在位置的破碎夾泥層時(shí)，破碎帶以上坡體在自重作用下沿此破碎夾泥層（即第一滑帶）產(chǎn)生快速位移，導(dǎo)致此滑帶以上巖體破碎，呈粘土夾碎石狀特征，結(jié)構(gòu)松散。當(dāng)河流繼續(xù)下切到基巖某一深度內(nèi)的破碎夾泥層（即第二滑帶）時(shí)，由于第一次滑動(dòng)造成滑坡體縱向地形平緩，重心下降，因此上部第二滑帶以上滑坡體物質(zhì)沿第二滑帶產(chǎn)生緩慢蠕變滑移，從而形成第一、二滑帶之間的變形體以松弛、拉裂及架空變形特征為主，但仍保持母巖基本特征。這也是為何前期勘探未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)右岸滑坡體的主要原因。

4.2 穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

4.2.1 邊界條件與計(jì)算參數(shù)

右壩肩岸坡為一受斷層切割圍限的順層蠕變滑移而形成的滑坡體，滑坡體邊界條件為：F2斷層構(gòu)成下游切割面，F(xiàn)1斷層切割構(gòu)成上游切割面，F(xiàn)3斷層構(gòu)成后緣切割面，河床為前緣臨空面。由于后緣F2斷層傾角較陡，可以認(rèn)為其近似垂直，其滑動(dòng)面為破碎軟弱夾層。依據(jù) 《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5337-2006）附錄 E.2，為了便于計(jì)算，滑坡體可以近似簡化為邊坡上有張裂隙的平面破壞形式，其地質(zhì)模型簡圖見圖6，可以通過式（1）對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

圖6 坡面上有張裂隙的邊坡平面型破壞

式中W——滑體的重力（kN）；

φ——滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角（°）；

c——第i塊滑動(dòng)面的粘聚力（kPa）；

L——滑動(dòng)面的長度（m）；

β——結(jié)構(gòu)面傾角；

u——水的上舉力；

v——水的水平力。

4.2.2 穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

在分析滑坡穩(wěn)定性時(shí)考慮了兩種非常工況和實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算：第一種非常工況，滑坡體不受地下水及自然降雨的影響的工況，即滑坡體內(nèi)巖土、拉裂縫、滑帶、側(cè)向及后緣切割面處于天然含水狀態(tài)；第二種非常工況，考慮暴雨或長時(shí)間降雨水氣候，滑坡體內(nèi)巖土、拉裂縫、滑帶、側(cè)向及后緣切割面滑坡體處于飽和狀態(tài)；第三種實(shí)際運(yùn)行工況，考慮地下水的作用，在水庫運(yùn)行時(shí)，滑坡體內(nèi)地下水位以下的巖土、拉裂縫、滑帶、側(cè)向及后緣切割面滑坡體處飽和狀態(tài)。

根據(jù)所建立的地質(zhì)模型，采用式（1）對(duì)滑坡體上述三種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算采用單寬平面型模式進(jìn)行驗(yàn)算，其計(jì)算結(jié)果見附表。

通過以上計(jì)算可以得出：第一種工況，在現(xiàn)狀開挖地形條件下，安全系數(shù)為1.41，滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。此工況是大壩開挖，滑坡體減載，且滑坡體內(nèi)巖土體及各類結(jié)構(gòu)面僅考慮了在天然含水狀態(tài)的情況，故滑坡體的安全系數(shù)較高；第二種工況，安全系數(shù)為0.86，滑坡體不穩(wěn)定。其主要原因?yàn)椋簬r土體及側(cè)向切割面飽水，孔隙水壓力升高，增加了巖土體的重量，降低了滑體及結(jié)構(gòu)面間的抗剪強(qiáng)度，從而增加了滑體的下滑分力，故按全系數(shù)降低；第三種工況，安全系數(shù)為0.98，接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5337-2006），大壩為4級(jí)建筑物，最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)不小于（1.05～1.15）。故在正常蓄水位情況下，滑坡體的安全系數(shù)不滿足大壩建筑物穩(wěn)定要求。當(dāng)考慮上部壩體及壩體前后回填土體的荷載后，其滑坡體的安全系數(shù)將更低，故務(wù)必對(duì)其進(jìn)行加固處理。

附表 右壩肩滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算表

5 工程處理措施

通過上述穩(wěn)定性計(jì)算分析，右壩肩滑坡體在水庫蓄水后，存在壩肩抗滑穩(wěn)定問題。由于受地形條件和其他因素控制，不可能另選壩址。根據(jù)滑坡體工程地質(zhì)特性和穩(wěn)定現(xiàn)狀，最終在原址采取清除第一滑帶以上滑坡體、加固第一、二滑帶間的蠕變體的工程措施進(jìn)行處理。具體工程措施如下：

（1）第一滑動(dòng)帶以上巖土為粉質(zhì)粘土夾碎石，力學(xué)強(qiáng)度低，全部清除。第一滑帶以下蠕變體巖土保持母巖成分，單塊巖石強(qiáng)度較高，雖拉裂縫發(fā)育，但經(jīng)加固可以整體提高其地基力學(xué)強(qiáng)度，故采取了對(duì)揭露出來的拉裂縫進(jìn)行擴(kuò)挖回填混凝土，再對(duì)壩基進(jìn)行全面固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿深度伸入至第二滑帶以下1 m。

（2） 右岸非溢流壩段 （樁號(hào)H0+072.242～H0+172.242）壩基為蠕變體，壩基張、拉裂縫發(fā)育，透水性較好，為防止庫水及地下水沿裂縫滲透，降低裂隙面間及蠕變體的抗剪強(qiáng)度，帷幕灌漿前沿帷幕中心線設(shè)置了約3 m厚的混凝土防滲墻，墻體伸入滑帶以下0.5 m，然后在防滲墻上進(jìn)行常規(guī)帷幕灌漿，帷幕灌漿深度（15～20）m。

（3）為減少后緣山體地下水對(duì)蠕變體的長期滲透作用，降低其力學(xué)強(qiáng)度，在右壩肩正常蓄水位以上將帷幕延伸長（46.8～317）m高程附近，采用兩排帷幕灌漿，孔距1.5m，排距1.0m。

（4）4#～7#擋水壩段需承受上游庫水一定水頭作用，是壩肩抗滑穩(wěn)定問題重點(diǎn)處理地段。通過穩(wěn)定計(jì)算，為抵抗壩體及第二滑帶以上巖體所產(chǎn)生的剩余下滑力，為此，對(duì)該壩段壩基及下游側(cè)設(shè)置了（1 000～3 000）kN不等預(yù)應(yīng)力錨索共76根及錨筋樁249根，排數(shù)按由壩肩至河床遞增布置，深度伸入第二滑帶以下（3～10）m。同時(shí)為減少壩基蠕變體的不均勻沉陷變形，對(duì)壩基鋪設(shè)了Φ25@250 mm水平鋼筋。其它壩段只重點(diǎn)對(duì)于破碎的巖石地段及拉裂縫處鋪設(shè)了Φ25@250 mm水平鋼筋。大壩下游側(cè)回填C15混凝土約4 m厚至大壩下游平臺(tái)。

6 變形觀測

為確保大壩穩(wěn)定安全，在位于蠕變體上的4#～7#壩塊分別設(shè)置了8組共12個(gè)觀測點(diǎn)。從監(jiān)測資料看，大壩累積最大位移值為0.2 mm（觀測時(shí)間段為2016年11月2日至2017年3月2日），滿足相應(yīng)規(guī)范要求，故大壩變形基本正常，大壩處于安全狀態(tài)。

7 結(jié)語

本文對(duì)古陽河水庫右壩肩滑坡體的形態(tài)、規(guī)模、成因及對(duì)滑坡各種工況的穩(wěn)定性分析，然后根據(jù)滑坡體物質(zhì)成份、工程地質(zhì)特性，穩(wěn)定程度，選擇了加固下部滑坡體作為壩肩持力層，使壩址即不挪動(dòng)、又減少了工程開挖量、還保證了施工進(jìn)度，產(chǎn)生了一定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)變形觀測，右壩肩變形未超出變形允許值，右壩肩整體穩(wěn)定。此文作為一工程實(shí)例，為存在類似工程地質(zhì)問題的水利水電工程的興建具有一定的參考意義。

[1]DL/T 5337-2006.水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].

[2]常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.