河口村水库泄洪洞进口边坡古崩塌体稳定性分析

【摘要】河口村水库枢纽工程隧洞进口边坡处于山褶皱断裂发育区，进口区还发育有1号、2号两处崩塌体，该区岩性复杂、褶皱断层发育，地质条件复杂。该文根据隧洞进口边坡区的基本地质条件，对进口边坡岩体进行了分类并对其稳定性进行了地质宏观分析，通过边坡稳定计算，对进口边坡的稳定进行了定量评价并给出了边坡的处理措施。

【关键词】 河口村水库左岸枢纽建筑物进口边坡地质分析稳定性计算

中图分类号:P343.3 文献标识码：A

1前言

沁河河口村水库，位于沁河中游太行山峡谷段的南端，距峡谷出口—五龙口约9.0 km，属河南省济源市。河口村水库的开发任务以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电等。正常蓄水位275.00m，总库容2.64亿 m3，坝顶高程288.50m，最大坝高122.5m。主要有面板堆石大坝、泄洪（导流）洞、溢洪道、引水隧洞等建筑物，本工程属大（2）型，混凝土面板堆石坝为1级建筑物，泄洪洞、溢洪道为2级建筑物，其中，泄洪洞进口边坡破坏会使泄洪洞进水塔稳定受到影响，可能会导致进水塔功能完全丧失，根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007），将泄洪洞进口边坡定为2级边坡，所以，进水口边坡的稳定对进口工程乃至大坝的安全都是至关重要的，而边坡稳定的关键就是边坡上部古崩塌体的稳定问题。

2泄洪洞进口地质概况

泄洪洞共布置两条，布置型式采用岸塔式，其中1#泄洪洞施工期兼作导流洞， 2#泄洪洞由导流洞后期改建而成，洞向均为225˚。

其进口位于三坝线上游左岸沁河河道转弯处，为一谷坡地形，高程260m以下至河床为近直立陡峻岸坡，以上为缓坡地形，坡度一般20～30˚，发育有三条小冲沟。进口塔架上下游分布有两处古崩塌体，成份为崩塌块石（colQ3）和洪坡积土夹石（pl+dlQ4）。

塔架上游侧古崩塌体为1#古崩塌体，该古崩塌体分布范围较小，分布于一处山梁上，地形坡度20˚～35˚。崩塌体呈长条形，厚3m～13.1m，平均宽度20m～40m，上窄下宽，最长处约200m，分布底高程230m左右，顶高程约为320m，方量约3万m3。

塔架下游侧古崩塌体为2号古崩塌体，该古崩塌体分布面积较大，分布在塔架后侧山沟中，坡度15˚～35˚，下部坡度较缓，中上部坡度相对较陡。崩塌体厚5.1m～10.1m，平均宽度60m～100m，上宽下窄，分布底高程260m左右，顶高程约为400m，方量约12万m3。

根据物探剖面测试，古崩塌体纵波波速在950～1400m/s，崩塌体底面自然坡度在15～35˚。其中1号崩塌体245m高程以下底面整体坡度约为27˚，245m高程以上底面整体坡度约为31˚；2号崩塌体280m高程以下底面整体坡度约为20˚，280m高程以上底面整体坡度约为33˚。通过钻孔、坑槽探揭露，古崩塌体组成成分为张夏灰岩岩块夹土，岩块含量平均在60～70%以上，块径大者直径超过1m，小者数厘米，超过20cm的块石含量平均30～50%，土一般呈硬塑状。崩塌体厚度一般在5～13m，上部2～3m为残坡积的碎石土，较密实，土的含量略高过碎石含量；中下部为崩塌堆积的张夏灰岩岩块夹少量土，堆积密实，大部分有轻微泥钙质胶结。

平洞PD25进口段（全洞长27.5m，其中进口探槽约8m、覆盖层洞长约6m）揭露2号崩塌体下部多未胶结，上部有轻微胶结，土呈褐黄色，呈硬塑状，但堆积紧密。某些勘探点揭露崩塌体底部与基岩交界面处有一层古残坡积土，其分布具有不连续性，局部受崩塌块石或原始地形的影响有缺失，同时该层的物质组成成分亦不稳定，土和碎石岩屑等的含量变化较大，局部有泥钙质胶结；古崩塌体与基岩接触面整体不平整，受古地形与基岩面形态影响，局部有起伏局部较平直。

根据导流洞进口左侧边坡的开挖情况，1号古崩塌堆积物的钙质含量整体较高，多呈微胶结状，土呈灰白色；1号古崩塌体基本沿1m2顶面分布，受基岩中褶皱发育影响，该处基岩整于一个较大背斜的北翼，岩层整体产状：35°～40°∠40°～50°，岩层倾上游侧，崩塌体与基岩交界面处产状同上；1号崩塌体分布呈北东厚西南薄的一个楔形分布，根据目前开挖情况判断北东处最大厚度约30m左右，古崩塌体底面最大倾角约50°，但最大倾角的倾向与边坡倾向斜交为侧向坡，对边坡稳定影响有限。

古崩塌体底部岩层较为复杂，主要有太古界登封群（Ard）的花岗片麻岩、花岗伟晶岩、云母石英片岩等，中元古界汝阳群（Pt2r）的硅铁质胶结的底砾岩、石英岩状砂岩、粉砂质页岩，寒武系馒头组（∈1m1～∈1m4）白云质灰岩、灰岩、泥灰岩等。

3古崩塌体的稳定性分析

古崩塌体主要为晚更新世、全新世崩、坡积物，经过长期风化剥蚀、河流冲刷、地震等外力作用，已趋于稳定状态。地表调查未发现土体内部有较大的失稳，古崩塌体现状整体稳定。但在施工扰动、水位骤降或饱水的条件下，崩塌体力学参数将有所下降，存在局部坍塌或由坍塌引起的分级滑塌的可能。

1号古崩塌体总高约90m，下部60~70m高处于水位变动区，从地形地质条件分析，蓄水后崩塌体会发生局部的滑塌。其主滑方向朝向导流洞进口及库区，不会对泄洪洞进水塔造成直接的破坏，且其距离泄洪洞进口较远，碎石进入洞内随高速水流破坏泄洪洞内部结构的可能性很小，不再考虑完全清除。设计按水下稳定边坡1：1.5 开挖，保证施工期的稳定。

进水塔后的古崩塌体（2号古崩塌体），分布在塔架后侧山沟中，面积较大，约12万m3，距离进水塔很近，其整体稳定性直接影响到进水塔的稳定，定义为2级边坡。2号古崩塌体布置有ZK176、ZK177、平洞（PD25）、物探测试及相应的坑槽探（TC29、TC30），根据地质勘察分析，2号古崩塌体下部多未胶结，崩塌体底部与基岩交界面处有一层古残坡积土，整体滑动的可能性较大，需进行计算分析。

42#古崩塌体稳定计算

（1）计算剖面及计算参数的选取

通过比较从古崩塌体上游边界处至中心的三个纵剖面G-G1、H-H1、I-I1，地形变化不大，中心纵剖面I-I厚度最大，选定为计算剖面，如图1。

I-I计算剖面图

古崩塌体的稳定计算分析涉及的因素复杂，与其成因、组成结构、物理力学指标、核算面起伏情况、地下水状态、地震、库水位升降有密切关系。根据现场勘察揭露的地质情况，古崩塌体未发现滑动的迹象，天然状态下属于稳定边坡。经过反演和敏感性分析，古崩塌体上层及中层采用提供参数的平均值，下部与基岩交界面的古残坡积土按60%连续较为符合实际，计算参数按60%连续状态取均值。

表一 2号古崩塌体计算参数

名称 天然容重

kN/m3 浮容重

kN/m3 水下 水上

ckPa φ （度） ckPa φ （度）

崩塌体底部残积土 18 19.5 17.5 21.4 29 24.9

崩塌体中下部 21 12 17.5 25 35 28.5

崩塌体表层 19.5 11 25 25 45 27.5

（2）计算方法

采用摩根斯顿-普赖斯法进行计算。此法是对任意形状滑动面上可能滑动土体中的微分条块列出了满足力与力矩平衡条件的微分方程式。假定条块侧面上剪切力V与法向力E之间存在一个可用水平坐标X表达的函数关系，即：V/E=tgα=λf（x），式中λ为任意选择的常数；f（x）为任意选择的函数，计算式f（x）=1.0。

（3）计算分析

表二2号崩塌体稳定计算结果

运用条件 抗滑稳定安全系数

施工期 1.29

正常运用条件 水库水位从设计洪水位骤降到正常蓄水位 1.21

正常蓄水位275.00m，坡脚淹没 1.21

水库水位从正常蓄水位骤降到坡脚以下 1.21

设计洪水位285.43m，坡脚淹没 1.21

非常运用条件1 水库水位从设计洪水位骤降到坡脚高程以下 1.16

非常运用条件2 正常蓄水位+地震 1.10

可见，在天然边坡情况下古崩塌体安全系数已经达到了规范的要求，因此，该古崩塌体在水库运行期整体是稳定的，，但是存在局部的滑塌可能，所以建议采取相应的支护措施。

5 边坡治理措施

为确定较为合理的治理方案，对全挖除方案和支挡方案进行了比较。由于2号古崩塌体分布高差大，约140m，施工布置较困难；同时，2号古崩塌体对其后缘的陡崖起压脚的作用，挖除后将会恶化陡崖的稳定性，带来次生的边坡问题；另外，2号古崩塌体的开挖与进水口边坡的开挖存在干扰，若要全部挖除势必引起工期增加，从而对已经很紧张的进水口施工进度造成很大的压力，因此决定采用支挡方案。经过治理方案的比较，最终确定了格构梁+长锚杆的支护措施。

但在施工期及运行期，布置针对支护结构和2号古崩塌体的监测系统，通过分析监测数据，了解崩塌体的变形、应力情况以及支护结构的工作状态，来判断加固措施是否合理以及是否需要采取进一步的治理工程。

参考文献：

［1］刘庆军，郭其峰，等.沁河河口村水库工程初步设计阶段工程地质勘察报告［R］.郑州：黄河勘测规划设计有限公司，2011.

［2］DL/T5337-2006.水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程［S］.

作者简介：周延国，男 1980年，山东聊城人，工程师，从事水利水电工程地质勘察工作。