窄口水庫溢洪道右岸塌滑體安全評價

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司 鄭州 450016）

1 工程概況

窄口水庫是一座以防洪為主兼顧灌溉，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚、旅游、供水等綜合利用的大（二）型水庫。保護著下游靈寶市城區(qū)及沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)、隴海鐵路、310國道、連霍高速公路以及主干光纜的安全，其地理位置極其重要。靈寶市僅位于壩址下游約23km處。窄口水庫安全問題一直為各級領(lǐng)導(dǎo)、水庫管理人員和設(shè)計單位所關(guān)注。水庫加固前水庫大壩心墻裂縫問題嚴重，大壩的上游邊坡已經(jīng)出現(xiàn)變形；溢洪道存在著右岸塌滑體下滑、非常溢洪道即自潰壩不能按設(shè)計要求自潰等泄洪威脅，對大壩的安全極為不利。本文僅對溢洪道右岸塌滑體的安全評價加以論述。

2 工程地質(zhì)特征

溢洪道處及右岸基巖為震旦系安山巖，自然邊坡較陡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石破碎，部分風(fēng)化嚴重，特別是IF3、IF4等斷層通過溢洪道右側(cè)，傾向河谷方向，并且有一組大致傾向河谷的節(jié)理裂隙發(fā)育，傾角一般為25°～41°，這些斷裂構(gòu)造對邊坡穩(wěn)定十分不利。開挖溢洪道破壞了邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致溢洪道閘室上游部分邊坡塌滑，形成了南北長約240m，東西寬約140m，高差約80m的塌滑體。該塌滑體頂部高程約720m，前緣位于溢洪道翼墻及溢洪道進口上游平臺（高程約642m）以上，后緣一般為陡坡。

2.1 地層巖性

在勘察區(qū)主要出露震旦系安山巖和第四系卵石、黃土及碎石土，現(xiàn)從老到新分述如下：

①震旦系安山巖（α）：深灰色，灰綠色，局部紫紅色、淺紅色，致密，堅硬，隱晶結(jié)構(gòu)。灰色安山巖，具杏仁結(jié)構(gòu)，含白色長石斑晶，可見氣孔，孔徑一般4～8mm，大者大于3cm；紅色安山巖性脆，含紅色長石斑晶。該層厚度大于200m。

②卵石（alplQ13）：成分主要為石英巖、片麻巖，粒徑一般15～20cm，少量大于20cm，小礫石、黃土填充，局部夾多層黃土透鏡體，一般為泥鈣質(zhì)微膠結(jié)。厚度2～4m。

③黃土（alplQ23）：淺黃～褐黃色，局部褐紅色，垂直節(jié)理發(fā)育，具大空隙，含有鈣質(zhì)結(jié)核，局部富積成層，可見蝸牛殼。厚度10～30m。

④ 碎石土（dlQ4）：灰黃色，碎石含量60%～80%，成分主要為安山巖碎塊，粒徑一般3～8cm，大者可達20cm以上，棱角狀，泥質(zhì)、巖屑填充。厚度一般1～2m，局部5m左右。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造與地震基本烈度

該區(qū)主要斷裂構(gòu)造有北西向、北東向和近南北向三組，IF3斷層是該區(qū)最大的斷層，對該區(qū)的斷裂構(gòu)造具有控制作用，其次是IF4、IF6等斷層，這些斷裂構(gòu)造是塌滑體形成的內(nèi)在因素。

受斷裂構(gòu)造影響，該區(qū)節(jié)理裂隙比較發(fā)育，面積裂隙率約1%。根據(jù)三處裂隙統(tǒng)計結(jié)果，裂隙傾角多大于60°，一般寬度1～3mm，最大寬度1cm左右，充填物多為泥鈣質(zhì)及巖屑，少數(shù)為方解石脈或無填充。

值得注意的是三個統(tǒng)計點均有走向NW，傾向SW的裂隙，這些裂隙的存在是塌滑體形成的一個重要因素。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），勘察區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

2.3 塌滑體的滑動機理

從塌滑體的邊界條件看，該塌滑體的形成受斷裂構(gòu)造控制，斷裂構(gòu)造是形成塌滑體的主要原因。山高坡陡、斷裂構(gòu)造發(fā)育、巖石破碎、風(fēng)化嚴重、雨季地表水的滲入是造成塌滑體滑動潛在的重要因素。從塌滑體前緣位置來看，開挖溢洪道破壞了原來邊坡的自然平衡狀態(tài)，是產(chǎn)生塌滑的誘導(dǎo)原因。塌滑體僅限于強風(fēng)化層厚度范圍內(nèi)滑動，厚度較薄，故該塌滑體屬于淺層滑動新滑坡。

塌滑體及滑動面底物理力學(xué)性指標(biāo)來自河南省水利勘測總隊2001年10月編制的《靈寶市窄口水庫右岸溢洪道塌滑體勘查報告》，是通過室內(nèi)物理力學(xué)性試驗得出，成果見表1。

由試驗成果可知，IF3斷層強度最低，是整個塌滑體的最薄弱面。

地球物理勘探—波速測試試驗測得：碎石土縱波波速范圍值V1=210～380m/s，平均值314m/s；安山巖縱波波速范圍值V2=2200～3100m/s，平均值2520m/s。V2遠大于V1，地震折射效果顯著。

3 塌滑體穩(wěn)定分析

3.1 塌滑體穩(wěn)定計算一

塌滑體受IF3、IF6、IF4斷層控制，IF3斷層上陡下緩，塌滑體主要發(fā)生在斷層上盤強風(fēng)化帶。由于岸坡高，坡度較陡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石破碎，風(fēng)化嚴重，在地表雨（雪）水下浸泡后強度降低，上部沿斷層產(chǎn)生坍（崩）塌，塌滑體沿弱風(fēng)化基巖坡面滑動，堆積到坡腳。塌滑堆積物目前坡度45°左右。為了驗證塌滑體的穩(wěn)定性，取1m單寬進行穩(wěn)定計算。采用窄口水庫右岸溢洪道塌滑體地質(zhì)剖面圖Ⅳ-Ⅳ′，計算采用黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司與河海大學(xué)工程力學(xué)研究所共同開發(fā)的“土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)”（HH-Slope R1.0）中的滑楔法進行計算，方法為有效應(yīng)力法。進行了兩個工況的計算。

工況1：塌滑體飽和；工況2：7度地震。計算結(jié)果見表2。

對于巖質(zhì)邊坡，要求邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.3～1.5，故滑坡體目前屬于次穩(wěn)定狀態(tài)。塌滑體在飽水和7度地震情況下是不滿足穩(wěn)定要求的。

表1 物理力學(xué)試驗成果表

3.2 塌滑體穩(wěn)定計算二

在《靈寶市窄口水庫右岸溢洪道塌滑體勘查報告》中對此塌滑體進行了穩(wěn)定復(fù)核。采用《工程地質(zhì)手冊》（第三版）第597頁6-2-33：

式中：

W1i—滑體下滑部分第i條塊所受的重力（kN）；

W2j—滑體阻滑部分第j條塊所收的重力（kN）；

?i—滑體下滑部分第i條塊所在折線段滑面的傾角（°）；

?j—滑體阻滑部分第j條塊所在折線段滑面的傾角（°）；

?—滑動面上的綜合內(nèi)摩擦角（°）。

按庫水位642m，取tgφ=0.5時，計算安全系數(shù)K=1.40，從計算結(jié)果看，在現(xiàn)狀條件下，塌滑體及滑面在沒有外因作用情況下，塌滑體南部IF3斷層以上是穩(wěn)定的，但對重要工程項目（應(yīng)該取K＞1.5）來說,低水位時，其穩(wěn)定系數(shù)略小。

另外，據(jù)鉆孔鉆探資料，鉆孔孔口高程643.27m，孔深7.0～8.6m為IF3斷層，巖芯破碎，為弱風(fēng)化；孔深8.6～21.5m巖芯多為長度大于10cm的圓柱狀，微風(fēng)化，較完整；孔深21.5～51.0m巖芯亦較破碎，弱風(fēng)化；孔深51.0～51.9m巖芯非常破碎，強風(fēng)化；孔深51.9～60.0m巖芯亦較破碎，弱風(fēng)化。下部巖芯破碎，特別是高程592.27～591.37m，接近河底，當(dāng)其延伸到水庫岸邊時，受庫水位變動影響亦產(chǎn)生塌岸問題，對庫岸穩(wěn)定十分不利。

4 對塌滑體周邊圍巖穩(wěn)定性的預(yù)測

通過地質(zhì)測繪，查明塌滑體北部及東部外圍巖體分別處于IF4、IF6、IF3斷層的下盤，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，巖體比較完整，風(fēng)化較輕。塌滑體頂部（東部）外圍巖體除在特殊情況下會產(chǎn)生掉塊滾石外，一般不會產(chǎn)生整體滑動問題。塌滑體北部外圍巖體上部為卵石及黃土，且岸坡陡峻，存在坍（崩）塌問題。

塌滑體南部外圍山體北、西、南三面臨空，呈突出的山嘴，IF3斷層上盤巖體斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石破碎，風(fēng)化嚴重，其狀況與塌滑區(qū)未開挖溢洪道引起塌滑前的狀況相似，該處巖體在今后外界條件惡化時有產(chǎn)生塌滑的可能性。

5 塌滑體對溢洪道和水庫的危害

5.1 塌滑體對溢洪道的危害

位于溢洪道上方的塌滑殘留體、塌滑堆積物及北部陡崖在雨水沖刷、下滲及地震等不利條件下會繼續(xù)崩塌滑動，堵塞溢洪道，影響泄洪，威脅溢洪道的安全運用。

表2 塌滑體穩(wěn)定計算結(jié)果表

5.2 塌滑體對水庫、灌溉發(fā)電洞及壩體的危害

溢洪道上游部分塌滑體及南部外圍潛在的塌滑體均以水庫庫岸為臨空面，今后若發(fā)生塌滑會淤積水庫，減少庫容。大量塌滑還會改變灌溉發(fā)電洞進口上游水流方向，甚至堵塞洞口，影響發(fā)電洞的正常使用，在水庫高水位時還會因產(chǎn)生大的涌浪而危及大壩主題工程的安全運用。考慮在地震情況下，滑坡體失穩(wěn)滑入水庫情況，可能產(chǎn)生沖擊大壩的波浪，可能會影響大壩安全。

6 結(jié)語

窄口水庫下游23km處有靈寶市城區(qū)及隴海鐵路、310國道、連霍高速公路等重要基礎(chǔ)設(shè)施，位置十分重要。經(jīng)復(fù)核，水庫大壩現(xiàn)有高程、溢洪道泄流能力滿足規(guī)范要求，但由于溢洪道進口右岸存在滑坡體，嚴重威脅泄洪安全，所以水庫防洪安全性評定為C級。可見溢洪道右岸塌滑體對水庫防洪安全評定中占著舉足輕重的地位。建議盡快進行除險加固，確保窄口水庫泄洪安全■