水庫臨水邊坡穩定性分析及防護措施

蘭紹華

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002）

兩岔河水庫工程位于貴州省息烽縣息烽河及其支流小鹿窩河匯口的下游，距縣城約10 km。息烽河是息烽縣境內最大的一條河流，流域內多年平均降雨量1125 mm[1]。兩岔河水庫壩址以上流域面積285 km2。水庫建成蓄水后，導致地下水位上升，將影響上游臨水邊坡穩定，影響居民房屋安全穩定，本文對不同工況下水庫臨水邊坡穩定性進行分析，對臨水自然邊坡防護進行設計。

1 工程概況

居民房屋分布于820.0～860.0 m高程之間，臨水自然邊坡地形坡度約15°～30°之間，覆蓋層厚度0.2～2.0 m，由殘坡積與洪沖積粉砂質粘土夾碎石組成，碎石粒徑0.2～8.0 mm，含量占60%左右。下伏基巖為奧陶系下統湄潭系（O1m），主要為泥質粉砂巖、泥質砂巖，巖層產狀為300°∠40°。該組巖性特點是風化層厚，節理裂隙發育，特別是在強風化段中明顯，風化殘積物多為針狀、薄片狀碎石，透水性好，易折斷，易風化，在長期飽和狀態下易軟化。自然邊坡屬于巖土混合邊坡，上部覆蓋層屬于土質邊坡，下部基巖屬于反向層狀邊坡。

2 水庫臨水邊坡穩定性分析

2.1 邊坡與擋土墻級別確定

邊坡級別根據邊坡的對建筑物的危害程度、水工建筑物的級別、對人身和財產安全的影響程度、邊坡規模等進行確定。

邊坡對水庫運行無影響，邊坡失穩影響范圍內現有20多戶居民，約有60～100人左右。邊坡最高處60 m，寬約200.0 m。該邊坡的級別為4級。

2.2 選用巖土物理力學參數

通過試驗資料整理統計參照類似工程經驗，巖(土)物理力學指標建議值見表1。

表1 巖體物理力學參數值表

2.3 計算公式

圓弧型滑動計算公式：

式中，b為條塊寬度；W1為在壩坡外水位以上的條塊實重；W2為在壩坡外水位以下的條塊浮重；Z為壩坡外水位高出條塊底面中點的距離；u為壩體或地基中的孔隙壓力；β為條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角。

2.4 邊坡穩定性分析

2.4.1 現狀水位（806.0 m）

①正常運行工況

工況一：現狀水位處于806.0 m，地下水位沒有抬升，巖土混合邊坡處于天然狀態。

②非常運行工況

工況二：現狀水庫水位處于806.0 m+暴雨，邊坡地下水抬升，巖土混合邊坡處于暫狀飽和狀態。

根據《水利水電邊坡設計規范》4級邊坡的抗滑穩定安全系數見表2。

表2 4級邊坡的抗滑穩定安全系數

圖1 正常運行工況一計算結果圖

圖2 非常運行工況二計算結果圖

表3 剖面臨水邊坡現狀的穩定性分析表

由表3可知，臨水自然邊坡現狀穩定性較好，處于穩定狀態。

2.4.2 水庫蓄水正常蓄水位（823.0 m）

當水庫蓄水后，臨水自然邊坡地下水臺升，運行條件發生改變，且在水位線附近，邊坡覆蓋層及強風化基巖長期受水位浸泡及淘蝕，引發塌岸，對邊坡上部居民房屋造成危害。現對水庫水蓄至823.0 m（正常蓄水位）運行工況穩定分析。

①工況一：正常運行工況，蓄水位處于823.00 m時，地下水位抬升，巖土混合邊坡處于天然狀態。

②工況二：非常運行工況，蓄水位處于823.00 m+暴雨，邊坡地下水抬升，巖土混合邊坡處于暫狀飽和狀態。

計算結果見圖3、圖4。

圖3 蓄水位823.00 m正常運行工況一計算結果圖

圖4 蓄水位823.00 m非常運行工況一計算結果圖

表4 （蓄水位823.00 m）臨水邊坡的穩定性分析表

由表4可知，臨水自然邊坡在正常蓄水位823.00 m高程時，穩定系數大于1，但在正常運行工況下小于規范要求的安全系數，說明在正常常蓄水位狀況下，臨水自然邊坡處于穩定臨界狀態，存在著危險。

2.4.3 水庫蓄水位升至設計洪水位（823.53 m）

現對水庫水蓄至823.53 m（設計洪水位）水位非常運行工況穩定分析。

計算結果見圖5。

圖5 設計洪水位823.53 m非常運行工況一計算結果圖

表5 1-1’剖面（設計洪水位823.53 m）臨水邊坡的穩定性分析表

由表5可知，臨水自然邊坡在設計洪水位823.00 m高程時，穩定系數達到規范要求的安全系數，說明在洪水期非正常運行工況下，臨水自然邊坡處于穩定狀態，滿足規范要求。

通過上述分析，當水庫蓄水后，蓄水位處于823.00 m時，地下水位抬升，正常運行工況下小于規范要求的安全系數，說明在正常蓄水位狀況下，臨水自然邊坡處于穩定臨界狀態，存在著危險，需進行防護治理。

3 臨水邊坡防護治理措施

臨水自然邊坡主要是因在正常蓄水位線附近，覆蓋層及基巖強風化層受水位浸泡及淘蝕，形成局部塌岸，且基巖由薄層泥質粉砂巖及砂巖、泥巖組成，易風化，受水浸泡易軟化，力學參數會近一步降低，因此采用擋土墻支護后，基巖和覆蓋層不受水體直接沖刷與淘蝕，即可避免臨水邊坡失穩。

因受力條件簡單，設計不采用其它復雜支擋結構，選擇易施工，工藝簡單，施工成本較低的防護結構。設計采用貼坡式M7.5漿砌石擋墻進行支護，建基面選鋪0.10 m的M10砂漿，其上修建M7.5漿砌石防護墻，防護墻寬0.3 m，迎水面與背坡面根據地形修建。824.00 m高程以下為埋入段，采用施工開挖的棄地料回填。824.3 m起設泄水孔，采用埋設φ1寸鋼管并伸入基巖1.0 m，基巖段鋼管做花管，坡率1%，間距1.5 m，梅花型布置。迎水面墻面采用M10砂漿勾縫，勾縫寬5 cm。

另在860.00 m高程附近修建截水溝對地表水截流，防止大量雨水形成徑流對邊坡土體沖刷，導致邊坡穩定性降低。截水溝修建于覆蓋層上，溝體采用M7.5漿砌石砌筑，溝體采用矩形斷面，內寬 0.6 m，凈高0.5 m，邊墻寬0.5 m，底部厚0.4 m。溝體比降1%～3%，超過10%坡降的設跌坎。

4 結語

兩岔河水庫建成蓄水后，地下水位上升，影響上游臨水邊坡穩定，采用理正軟件對不同工況下水庫臨水邊坡穩定性分析，發現水庫在正常蓄水位時，臨水自然邊坡處于穩定臨界狀態，小于規范要求的安全系數，存在滑坡，坍塌等危險。因邊坡受力條件簡單，因此采用易施工，工藝簡單，施工成本較低的貼坡式漿砌石擋墻進行支護，在860.00 m高程附近修建截水溝對地表水截流。邊坡治理后，現水庫現運行狀態穩定，表明采用理正軟件對兩岔河水庫不同工況下水庫臨水邊坡穩定性分析結果準確，邊坡治理措施工藝簡單，施工成本低，防護治理措施顯著。

[1]黃順濤.斷裂構造發育對貴州兩岔河水庫巖溶滲漏的影響研究[J].水利水電技術.2017（03）.