□樊 敏（贵州省水利水电勘测设计研究院）

□袁宗强（铜仁市水利电力勘测设计院）

水库左坝肩边坡稳定性分析

□樊 敏（贵州省水利水电勘测设计研究院）

□袁宗强（铜仁市水利电力勘测设计院）

岩质边坡稳定性分析是土木工程领域中的一个重要研究课题。某水库左坝肩边坡为顺向坡，构造裂隙较发育，对工程的安全运行存在隐患，其稳定性是该工程主要研究的工程地质问题之一。笔者通过前期勘察采用赤平投影和不平衡推力传递系数法中的折线滑动计算方法对该边坡的稳定性进行分析论证，提出了相应的处理措施。

边坡；顺向坡；稳定性分析；赤平投影；不平衡推力传递系数法

1 工程概况

某水库位于松桃河一级支流——镇江河的上游，属长江流域中的沅江水系。流域属亚热带季风湿润气侯区，气流受西北部梵净山所阻，雨量充沛，多年平均降水量1365mm，多年平均径流量2680×104m3。年际变化较大，降水在年内分配不均。多年平均气温16.30℃,极端最高气温40.20℃,最低气温-12℃,年均日照时数1201.80h,无霜期平均为289d,平均陆地蒸发量494mm，全年静风频率为46%，30年一遇最大风速为18.70m/s。该工程坝型初定为碾压混凝土重力坝，水库总库容1054.00万m3，水库正常蓄水位486.00m，最大坝高77.70m，坝顶长209.00m，宽7.00m，工程等级为Ⅲ等，工程规模属中型。是一项以灌溉、城镇供水为主的综合利用中型水利工程。主要建筑物由大坝、导流兼放空隧洞等组成。

2 左岸地形地质条件

坝址两岸最高高程为751.00m，坝址处河床高程418.04～425.98m，相对高差为325.02～332.96m，河床比降1.10%，较平直，河床宽6.10～10.30m，河谷阶地不发育，发育河漫滩，宽15.80～29.10m。左岸地形总体坡向192.70°左右，坡度为33～41°，初定碾压混凝土重力坝的正常蓄水位（486.00m）处的地形宽高比2.57～2.81，河谷为较对称的“U”型谷。

左岸出露地层有：第四系残坡积堆积（Qedl），为粘土夹碎石，厚0～4m；寒武系上统炉山组（∈3l），由浅、深灰色薄至巨厚层灰岩、白云岩、灰质白云岩组成。

坝址区为单斜构造，岩层产状为243～257°∠34～40°，倾向右岸偏上游。发育F1、F2、F3和F4断层。F1为压扭性逆断层，从左岸斜穿河床至坝址右岸，产状N5～7°E，SW∠69～72°。F2、F3、F4为3条平行正断层，产状分别为N81～86°E，NW∠60～70°、N82～85°E，NW∠70～73°、N83～85°E，NW∠65～67°，皆发育于坝址右岸，斜穿河床交于F1断层。经地面调查、测绘和钻孔揭露，坝址构造裂隙发育:左岸及河床岩体线裂隙率KL=3～5条/m，切割较深，溶蚀性风化严重；右岸及河床岩体线裂隙率KL=4～6条/m，坝址主要发育3组构造裂隙：①走向 N50～60°E，直立；②N71～80°E，SE∠72～78°；③N25°E，SE∠70～80°。

根据地下水调查，地下水按赋存条件有3种类型：孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水。坝区寒武系上统炉山组（∈3l）地层为碳酸盐含水岩组地层，以溶沟、穴、孔为主，为中等岩溶化岩组。河床及两岸岩溶主要发育于地下水升降较频繁的地带，左岸380.00～450.00m，右岸375.00～445.00m。河床两岸地下水位相对对称，地表与地下分水岭基本一致，左岸地下水位平均比降为53.10%左右；右岸地下水位平均比降为57.70%左右。

3 左坝肩边坡稳定边界条件分析

对左坝肩边坡影响最大的为裂隙和岩层层面。裂隙主要有：①走向N50～60°E，直立，延伸较长，较大的有4条，其中3条位于坝址下游，1条位于上游，据地面测绘统计最长的达到122.60m，溶蚀破坏深度0.50～15m，张开宽度5～30cm，充填物为粘土夹碎石，为滑动侧拉裂面；②N71～80°E，SE∠72～78°，总体延伸1～5m，切深0.30～3m，张开宽度0～10cm，充填物为粘土夹碎石，为滑动侧拉裂面；③N25°E，SE∠70～80°，延伸0.50～4.00m，切深0.20～5.60m，张开宽度0～11cm，充填物为粘土夹碎石，为滑动侧拉裂面。岩层层面发育，岩体线裂隙率KL=3～5条/m，层面较平直，偶夹泥模，产状为250°∠37°，倾向右岸偏上游，为底滑面，①、②、③与岩层层面组合易形成不稳定危岩体。

除裂隙和岩层层面对边坡稳定性影响较大外，地表水、地下水和人工爆破等对边坡的影响也较大。

4 左坝肩边坡稳定性分析及评价

4.1 赤平投影分析评价

赤平投影分析方法是岩质边坡稳定性分析的常用方法之一。它不仅可以确定边坡上结构面的组合关系和给出边坡上可能不稳定结构体的形态等，同时也可以确定不稳定结构体的可能变形的位移方向，从而给出边坡稳定条件分析和稳定性状态的初步评价。根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386－2007），稳定性初步分析采用赤平极射投影分析方法。

左坝肩：地形坡向192.7°，自然坡角33～41°，岩层产状250°∠37°，为顺向坡，建议开挖坡角为38°，结构面摩擦角采用31°（f=0.60），与坝址发育的代表结构面①、②、③的交线产状见表1。

图1 赤平投影分析（下半球投影）图

表1 左坝肩边坡稳定性分析结构面表

通过图1知：无极点落入倾倒区内，仅⑤号极点落入滑动区内，边坡存在滑动破坏的可能，需要进一步进行稳定性复核计算。

4.2 不平衡推力传递系数法分析评价

由赤平投影的初步分析可知，边坡可能存在滑动破坏，根据《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55－2005）的规定及《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002）的要求，本文进一步采用折线滑动法复核计算⑤号极点的稳定性。折线滑动法中边坡稳定性系数Ks的计算公式见式（1）：

式中：Ri为第i个计算条块滑动面上抗滑力（单位kN/m）；Ti为第i个计算条块在滑动面切线上的反力（单位kN/m）；ψi为第i个计算条块剩余下滑推力向第i+1计算条块的传递系数。Ri、Ti、ψi的计算方法如下：

其中，Ni为第i个计算条块在滑动面法线上的反力（单位kN/m），可按式（5）计算；fi为第i个计算条块滑动面上岩土体的内摩擦系数标准值；ci为第i个计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值（单位kPa）；li为第i个计算条块滑动面长度（单位m）；γi为第i个计算条块岩土体的重度（单位kN/m3）；Ai为第i个计算条块面积（单位m2）；Pwi为第i个计算条块单位宽度的动水压力（单位kN/m），其计算公式见式（6）；θi为第i个计算条块底面倾角；αi为第i个计算条块地下水位面倾角。

式中：γw为水的重度（单位kN/m3）；Vi为第i个计算条块单位宽度岩土体的水下体积（单位m3/m），其他参数含义同上文介绍。

通过对⑤号极点稳定性的复核计算，其稳定性系数Ks=1.31，小于临界值（[Ks=1.35]），边坡有滑动破坏的可能性。

5 处理措施

边坡存在⑤号极点滑动破坏的可能，尤其是表层卸荷较大、风化较深的部分。对不能绕避的边坡本着“加固宁强勿弱、确保安全”的原则，建议清除强风化表层和施工中发现的不稳定体，截流或引排对边坡稳定有害的地表水和地下水，降低孔隙水压力和动水压力，防止不良地质结构面强度降低，再采取混凝土喷锚以防后期风化破坏。

6 结语

岩质边坡稳定性分析评价的方法多种多样，基于赤平投影和不平衡推力传递系数法中的折线滑动法定性、定量评价了某水库左坝肩的稳定性，提出了相应的处理措施。但是，客观地讲，由于进行边坡地质勘察的难度较大，影响因素较多，所提供的边坡稳定性计算参数可靠性较低。因此，要比较准确地进行边坡稳定性计算，尚有大量的工作亟待进行。

[1]袁宗强，樊敏.盐井工程水利工程坝址右岸鼻梁山嘴稳定性分析[J].小水电，2010，（04）：22-26.

[2]佴磊，徐燕，代树林，等.边坡工程[M].北京:科学出版社,2010.

[3]陈祖煜,汪小刚,杨健,贾志欣,王玉杰.岩质边坡稳定分析－原理·方法·程序[M]北京:中国水利水电出版社,2005.

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