程 伟

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵阳 550002)

1 工程概况

西泌河水库位于西泌河下游河段，大坝枢纽区位于贵州省晴隆县莲城镇与马场乡交界处，坝址以上集雨面积336.85 km2。西泌河水库正常蓄水位690.00 m，正常库容为1 395×104m3；校核洪水位为694.36 m，总库容1 715×104m3。水库的供水范围为晴隆县城(莲城镇)、光照镇规模村纺织和加工产业聚集园区、孟寨村新型建材聚集区的生产生活用水、孟寨灌区灌溉用水以及灌区内的农村人畜饮水，年供水量为2 543×104m3，灌溉供水量50.4×104m3(保证率P=80%)；水库坝后电站装机8 MW，多年平均发电量2 680×104kW·h。

雷打坡边坡距离坝址约4.2 km，外凸的体积约580×104m3,水库蓄水后对库容及水工建筑物安全构成威胁。雷打坡边坡分布于库尾河床右岸，地表为一向河床凸出的三角形山体，底部长约625 m,高约240 m,两侧为浅切冲沟。边坡岩体为双层结构，上部为T1yn2的中厚层灰岩(中硬岩类)，下部为T1yn2的泥岩(软质岩)，属下软上硬双层结构的岩质边坡。岩层产状：走向N74～90°W/倾NE∠30°。岩层倾角与边坡坡度相等，斜坡面即岩层面。岩层沿斜坡面斜插河床，下伏岩层面(特别是T1yn2的灰岩及泥岩接触界面)为其潜在的可能滑移面，边坡岩体中发育两组陡倾裂隙(①走向N15～25°E/NW∠75～82°；③走向N30°W/∠90°)。构成其侧向切割面。根据现场调查资料分析，在边坡下游崩塌体中发育有拉裂现象。

2 雷打坡岩石结构

2.1 基本地质条件

雷打坡边坡为自然营力作用形成的边坡，通过西泌河水库的修建，形成以人类活动为主导的工程边坡。按岩性分类，边坡为各种结构面切割的岩质边坡，边坡坡度变化较小，坡度在10～300左右，形成斜坡和陡坡，边坡高度约为240 m，高度大于150 m，为超高边坡。

边坡的坡脚高程为EL665.3m～EL666.3m,边坡出露的岩性为灰岩夹泥质灰岩。整个边坡呈外凸的三角形，三角形顶部的角度约700，在剖面上的形态为下陡上缓。EL800m高程以下的边坡坡度约300，坡面长度约430 m。EL800m～EL920高程的边坡坡度约为150，坡面长度约155 m。坡顶位置遭受风化剥蚀呈现为负地形，水平长度约55 m左右。

边坡在地形上分为两部分，靠上游侧边坡基岩裸露，根据钻孔和现场的地质描述，地层岩性为中厚层灰岩，在坡面以下约30 m处有夹泥岩的夹层现象。上游边坡的坡脚长约375 m。靠下游侧边坡为崩塌体覆盖，根据地质剖面，覆盖层厚度约在6～19 m，覆盖层下部岩层的岩性为T1yn2的灰岩夹泥岩，下游边坡的坡脚长约250 m。其上下游的剖面图见图1～图2。

图1 上游边坡工程地质剖面图

图2 下游边坡工程地质剖面图

2.2 边坡构造及结构面

边坡位于法郎向斜西段扬起端南翼近核部。岩层倾向左岸，倾角30°，为顺向坡。岩体为层状结构。据地表地质测绘及钻探揭露，未发现断裂构造，节理裂隙及卸荷裂隙较发育，岩体中主要发育构造裂隙有两组。①走向N15～25°E/倾NW∠75～82°。裂隙规模较大，地表可见最大延伸长度>10 m，裂面上有擦痕，线密度1～2条/m，强风化带裂隙张开，沿裂隙局部夹泥；②走向N10～30°W/倾NE∠62～90°，地表可见长度3～5 m，裂面平直，强风化带局部张开夹泥。

根据地表调查及转贴揭露，结合《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》(DL/T5337-2006)分类标准，边坡按岩体结构分类见表1。

表1 岩体结构分类表

2.3 边坡岩体质量分类

由于边坡靠近原可研阶段的上坝址，根据坝址岩层分布情况，分布地层主要为三迭系下统永宁镇组(T1yn)，岩性以灰岩为主夹泥质灰岩及泥岩，岩体风化以溶蚀风化和裂隙性风化为主要特征。溶蚀风化一般是地表裂隙、构造软弱带受岩溶的影响，溶蚀张开或充填黏土或岩屑等，由表层向深部逐渐减弱，一般溶蚀缝宽0.1～3 cm不等，呈上宽下窄的喇叭状，一直风化的铅直深度可达4～5 m。裂隙性风化主要沿裂隙分布，强风化带裂隙张开夹泥，弱风化带裂隙一般闭合。局部裂隙面两侧有铁质、泥质浸染呈黄褐色。微风化带裂隙闭合，裂隙面为方解石脉胶结。根据地表地质测绘及平洞、钻孔及物探资料综合分析，原上坝址覆盖层厚度及岩体的风化分带如下：

河床：砂砾石覆盖层一般厚2～5 m，强风化深7～9 m，弱风化深20～23 m。

两岸：基岩出露区，岩体强风化深一般5～6 m，弱风化深19～22 m。

地层为岩溶发育地层，上阶段钻孔及平洞勘探范围未揭露出较大规模的溶洞和管道。存在构造裂隙和溶蚀裂隙构成渗漏通道。强风化岩体中，裂隙发育，岩体破碎，裂隙面、层面均有不同程度的张开，岩体透水性较强。进入弱风化岩体，岩体的透水性也逐渐变小，至弱风化岩体下部，其透水率一般均小于3 Lu。根据试验资料，灰岩弱风化带岩石的饱和单轴抗压强度平均值46.36 MPa，软化系数0.79，纵波波速3 684～4 201 m/s，属中硬岩类。泥岩弱风化带岩石的饱和单轴抗压强度<30.0 MPa，属软质岩类。

根据各地层单元岩性特征、岩体强度及节理发育情况等划分岩体类别如下(按《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487-2008)附录V坝基岩体工程地质分类)：灰岩段弱-微风化岩体属BⅢ2类岩体。泥岩段弱-微风化岩体属CⅣ1类岩体。

根据以上分类及边坡裂隙发育情况，结合《水电水利工程边坡边坡工程地质勘察技术规程》(DL/T5337-2006)分级标准进行分级。

对于T1yn2地层，《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)附录V取岩体完整性系数为0.5，抗压强度取为平均值46 MPa，按规范(DL/T5337-2006)附录B式B.1(BQ=90+3RC+250×KV，RC为岩体饱和单轴抗压强度，KV为岩体完整性系数)，计算岩体基 本质量指标为90+3×46+250×0.5=353，边坡岩体质量级别为III类。

对于其中的泥灰岩，《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)附录V取岩体完整性系数为0.50，抗压强度取为40 MPa，按规范(DL/T5337-2006)附录B式B.1，计算岩体基本质量指标为90+3×40+250×0.50=335，边坡岩体质量级别为IV类。

由于边坡以灰岩为主，局部夹泥岩，故边坡岩体的质量级别为Ⅲ类。

3 边坡分析及成果

3.1 对雷打坡边坡的初步判断

根据雷打坡边坡的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等，参考《水利水电工程边坡设计规范》(SL/386—2007)附录A，由于层面的产状与边坡走向的夹角为30°，岩质边坡的结构分类为层状顺向边坡，边坡稳定性受坡角及岩层倾角组合、岩层厚度、顺坡向软弱结构面的发育程度及抗剪强度所控制。边坡的破坏方式可能为：①层面或软弱夹层易形成滑动面，坡脚切断后易产生滑动；②倾角较陡时易产生溃屈或倾倒；③倾角较缓时易产生倾倒破坏；④节理或裂隙易形成楔形体滑动。

图3 雷打坡边坡地形图

通过对雷打坡边坡(边坡地形见图3)进行赤平投影分析，对边坡稳定性进行初步判断(参考《水利水电工程边坡设计规范》(SL/386—2007)附录B)。分析成果：右岸边坡的优势结构面为两组：①290°∠80°；②60°∠70°。边坡的平面滑动最可能发生在倾向方向，两组节理释放了侧向方向的约束，使得平面滑动的可能性增大。另外，边坡不容易发生楔形体滑动；第一组优势结构面290°∠80°的倾向稍微变化，落入阴影区，就可能在下游侧发生倾倒破坏。

3.2 边坡稳定性分析

3.2.1 边坡的形态特征

雷打坡边坡分布于库尾河床右岸，距离坝址约4.2 km，地表为一向河床凸出的三角形山体，底部长约625 m,高约240 m,两侧为浅切冲沟。边坡岩体为双层结构，上部为T1yn2的中厚层灰岩(中硬岩类)，下部为T1yn2的泥岩(软质岩)，属下软上硬双层结构的岩质边坡。地形坡度一般在30°左右，岩层倾角与边坡坡度角相近，岩层沿坡面斜插河床，河床宽约50 m。边坡的结构类型为层状顺向边坡。其物理地质现象主要表现为风化与卸荷作用。

边坡在地形上分为两部分，靠上游侧边坡基岩裸露，根据钻孔和现场的地质描述，地层岩性为中厚层灰岩，在坡面以下约30 m处有夹泥岩的夹层现象。上游边坡的坡脚长约375 m。靠下游侧边坡为崩塌体覆盖，根据地质剖面，覆盖层厚度约在6～19 m，覆盖层下部岩层的岩性为T1yn2的灰岩夹泥岩，下游边坡的坡脚长约250 m。

3.2.2 边坡的边界特征及影响因素

根据地形特征，初步判定坡体的变形边界为边坡的两侧冲沟位置。控制边坡岩体稳定性和变形失稳破坏机理的主要因素有以下几方面:①岩体结构特征;②岩体应力;③地下水条件;④岩体(包括不连续面和完整岩石)的力学参数;⑤地形地貌特征和边坡几何形状等。

3.2.3 边坡变形破坏模式及边坡分析成果

根据雷打坡边坡实际情况，并结合国内类似顺层边坡发生的失稳破坏模式，对边坡可能发生的失稳破坏模式进行分析，该类边坡变形破坏模式主要有3种。①下部岩层被剪切破坏，引起上部岩体产生顺层滑动。②由于上部岩体的挤压，下部岩层产生隆起、拉裂形成溃屈破坏，在溃屈破坏后，边坡岩体将发生牵引式渐进滑移失稳。③侧向失稳。本工程对该边坡进行多种方法分析，其主要成果如下：

1) 按规范，本边坡被定义为4级边坡，采用极限平衡法进行稳定性分析，上游岩质边坡在各种工况下，其稳定性满足规范要求，只是富余度不是很大。下游崩塌体边坡在进行削方后，在各种工况下，其稳定性满足规范要求(即不会发生顺层破坏)。基于欧拉理论板梁稳定计算公式，上游和下游边坡(清方压脚后)均不会发生溃屈失稳。

2) 根据二维数值分析，边坡变形主要发生在距离坡面较近的岩体周围，并会朝临空方向变位。同时由于软弱层面和硬质结构面(层面)的存在，使得各层之间的位移并不连续，也反映出软弱夹层岩体边坡的差异变形特征。在坡脚、软弱层面和层面的周边及地形变化处，出现较多的剪切应力集中区，这些位置容易发生剪切破坏。在坡顶容易出现拉应力分布区，在坡脚和坡度变化的位置也分布有少量的拉应力。剪切塑性屈服区位于坡脚及泥岩层面附近。在边坡顶部泥岩层面附近也产生了局部的拉伸屈服区，拉伸屈服容易产生拉裂缝。这些表明边坡容易在结构面(层面)周围形成较大应力的剪切带，并在坡脚位置累积剪切应变(由上至下及由外向里累积)。

3) 根据三维数值分析，从X方向位移云图来看(垂直河流)，位移最大的部分集中在泥岩层面以上，位于边坡的中部且靠近两侧临空的坡面上，其位移方向朝向河床，最大值约1.5 cm，并由两侧向中部贯通的趋势，反映在坡体两侧(腰部)多面临空，约束小，位移较大。从Y方向位移云图来看，位移最大的部分同样集中在泥岩层面以上，在上下游均发生朝向临空方向位移(上游坡体向上游位移，下游坡体向下游位移)，最大值约0.2 cm，位于坡体高度1/3的位置，靠近坡脚。

4) 对三维边坡进行强度折减法的安全系数分析，稳定性系数为1.41。对比二维分析可以知道(稳定性系数为1.27)，边坡的三维效应突出(三角形坡面较为稳定)。通过破坏时的位移分布表明，边坡发生侧向失稳的可能性小于顺坡向失稳。即不容易产生侧向失稳，但需注意局部裂隙导致的失稳。

4 处理措施

经初步分析，雷打坡的岩质边坡斜插河床，不会产生滑动破坏，但其下游侧的崩塌堆积体在水库蓄水后将发生岩体失稳，故采取以下工程措施进行处理：

1) 顶部削坡减载。即对崩塌体顶部进行开挖削坡减轻下滑荷载，开挖高程从山顶开挖至879.00 m高程，采用顺层开挖的方式，开挖厚度约为25 m。然后对开挖后的边坡进行C20砼喷护及剖面绿化。

2) 堆石坡底压脚。将开挖出来的土石方堆填在山体坡脚处，坡面用干砌石护面，以提高坡体抗滑能力。

3) 加强边坡永久监测。