柳申周

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 太原 030024）

0 引言

山西省是砂頁巖廣泛分布區(qū)，有半數(shù)以上水庫建在這些地區(qū)。壩址一般選在河谷較窄河段，兩岸邊坡一般較陡，大部分邊坡下部為基巖，上部為黃土覆蓋。近壩庫段庫水位漲落幅度大，水庫蓄水對庫岸邊坡的浸潤和頻繁的水位升降，巖土體產(chǎn)生的滲透壓力對庫岸穩(wěn)定的影響十分顯著。近壩庫岸靠近或直接與大壩接觸，岸坡一旦坍滑，不僅淤塞水庫，而且對水庫安全運(yùn)行將造成影響。張峰水庫是砂頁巖地區(qū)近壩庫岸邊坡可能發(fā)生坍滑的一例。張峰水庫位于山西省晉城市沁水縣鄭莊鎮(zhèn)張峰村沁河干流上。張峰水庫屬大（2）型二等工程，大壩最大壩高66.1 m，正常蓄水位位于壩頂以下4.8 m，總庫容3.89億m3。

1 近壩庫岸工程地質(zhì)條件

張峰水庫大壩左岸上游近壩庫岸為沁河Ⅲ級基座階地，階地基座前緣基巖面位于正常蓄水位以下23～27 m，基座之上堆積0.5～4.8 m厚的底礫石層，底礫石層之上發(fā)育厚5～40 m的淡紅色低液限黏土層。在庫水的長期作用下，將造成土體淘蝕破壞，影響壩肩土體穩(wěn)定。

大壩左岸近壩庫岸為沁河流向由東-西方向折向由北西-南東方向形成河流凸岸的三角形地帶。上游沁河左岸岸坡呈東-西方向，岸坡下陡上緩，下部為巖質(zhì)岸坡，地形坡度50～80°，上部為土質(zhì)岸坡，地形坡度 10～45°。下游沁河左岸岸坡呈北西-南東方向，沿Ⅲ級基座階地前緣有基巖出露，形成陡坎，階地上為土質(zhì)岸坡，岸坡下緩上陡，地形坡度8～27°，發(fā)育一條較大的黃土沖溝。

1.1 基巖工程地質(zhì)條件

大壩左岸近壩庫岸基巖由三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）紫灰色較堅(jiān)硬的細(xì)砂巖與紫紅色較軟弱的粉砂巖互層夾礫巖組成。基巖面位于正常蓄水位以下23～27 m，南部基巖面較低，由南向北和由西向東方向逐漸抬高，其東北部基巖面最高。從基巖陡坡觀察，基巖巖層產(chǎn)狀略向上游傾斜，傾向NW，傾角 3°～6°。節(jié)理裂隙主要發(fā)育兩組，其中走向 N20°～40°E 的一組節(jié)理裂隙相當(dāng)發(fā)育，N30°～50°W一組發(fā)育數(shù)量雖少，但裂隙較寬，且延伸長，岸邊部位因風(fēng)化及卸荷作用而張開，裂隙面寬度一般為1～15 mm，最大達(dá)20 cm，除隙壁有鈣質(zhì)薄膜外，大部分為砂土及風(fēng)化砂巖碎屑充填。強(qiáng)風(fēng)化巖層厚0.8～3.1 m，砂巖風(fēng)化厚度小，泥巖風(fēng)化厚度大，弱風(fēng)化巖層厚10～15 m。巖體整體穩(wěn)定性較好。

1.2 底礫石層工程地質(zhì)條件

Ⅲ級基座階地之上斷續(xù)分布有底礫石層，在順河方向上是連續(xù)的，底礫石層靠近階地前緣較厚，遠(yuǎn)離岸邊逐漸變薄，厚度0.0～4.8 m，厚度懸殊大。底礫石層上部多為級配不良砂層，局部砂層中夾大量鈣質(zhì)結(jié)核，局部砂層呈半膠結(jié)狀態(tài)；下部多為混合土卵石，多數(shù)膠結(jié)較差或呈半膠結(jié)狀態(tài)。砂層顆粒組成粒徑0.5～0.25 mm含量占21%，粒徑0.25～0.05 mm含量占62.5%，粒徑小于0.05 mm含量占16.5%，不均勻系數(shù)Cu=3.16，干密度ρd=1.42～1.58 g/cm3；混合土卵石層顆粒組成：粒徑大于200 mm顆粒含量占7.75%，粒徑200～20 mm含量占51.5%，粒徑20～2 mm含量占25.75%，粒徑2～0.05 mm含量占12.5%，粒徑小于0.05 mm含量占2.5%，不均勻系數(shù)Cu=31.5～50.0，干密度ρd=2.11 g/cm3。滲透系數(shù)2.33～20.45 m/d。

1.3 土層工程地質(zhì)條件

左岸Ⅲ級基座階地上覆為第四系中更新統(tǒng)（Q2pl）淺紅、棕紅色低液限黏土層，含有多層鈣質(zhì)結(jié)核層，下部局部夾有塊碎石，厚度3～40 m。低液限黏土顆粒組成：砂粒含量占1.4%～7.6%，粉粒含量占71.6%～83.4%，黏粒含量占14.0%～19.1%，干密度 ρd=1.57 g/cm3，孔隙比 e=0.725，不均勻系數(shù)Cu=4.75～8.88，曲率系數(shù)Cc=1.18～2.32。滲透變形類型為流土，允許水力比降為0.505。

上部土層即地表1～4 m范圍內(nèi)土層為中等～高壓縮性，屬濕陷性土層，濕陷系數(shù)為0.038～0.144。下部土層即地表1～4 m以下土層為低—中等壓縮性土，屬非濕陷性黃土，較密實(shí)，硬塑—堅(jiān)硬。

2 土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

大壩左岸上游的土質(zhì)岸坡，在庫水長期作用下，土體受庫水浸潤和沖刷將產(chǎn)生坍岸，對壩體安全造成影響。岸坡土體受水的浸潤飽和，土體強(qiáng)度降低，加之動水壓力、地震作用等不利條件影響，局部有產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)的可能。

土質(zhì)岸坡最終坍岸預(yù)測剖面見圖1，坍岸寬度預(yù)測采用《水利水電工程地質(zhì)手冊》［1］公式：

式中：St——坍岸帶最終寬度，m，正常蓄水位與岸坡交接處至預(yù)測坍岸帶邊緣；

N——與土的顆粒大小有關(guān)的系數(shù)；

A——庫水位變化幅度，m，取正常蓄水位至階地前緣基巖面之間的差值；

hp——波浪沖刷深度，m；

hB——波浪爬高，m；

H——正常蓄水位以上岸坡高度，m；

α——淺灘沖刷后水下穩(wěn)定坡角，（°）；

β——岸坡水上穩(wěn)定坡角，（°）；

γ——原始岸坡坡角，（°）。

圖1 左岸近壩庫岸土質(zhì)岸坡坍岸預(yù)測剖面

參數(shù)選?。篘一般與岸坡巖性有關(guān)，對于低液限黏土，N取0.6，β取45°；波高按1 m取，hp一般相當(dāng)于1～2倍波高，hp取 2 m，hB大體為 0.1～0.8倍波高，hB取 1 m，α 取 8°；A是庫水位變化幅度，該地段取正常蓄水位至基巖面之間的差值27 m；γ取15°,H取13 m。經(jīng)計(jì)算，坍岸寬度為78.7 m。

據(jù)手冊中圖解法，從階地前緣基巖面波浪沖刷深度P1點(diǎn)按照水下穩(wěn)定坡角（α取8°）做線，與正常蓄水位浪擊爬高相交于P3點(diǎn)，在P3點(diǎn)按照岸坡水上穩(wěn)定坡角（β取45°）做線，與岸坡相交于P4點(diǎn)，正常蓄水位與岸坡交接處P2點(diǎn)至P4點(diǎn)之間距離即為上游岸坡最終坍岸寬度，最終坍岸寬度為79.7m。

可見，在庫水的沖蝕作用下，這將使兩沖溝間山梁的寬度更加減小，易造成兩沖溝的連通，從而對左壩肩穩(wěn)定構(gòu)成不利影響。因此，應(yīng)采取防護(hù)措施。

3 邊坡工程地質(zhì)評價與建議

底礫石層與上覆低液限黏土層構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)，在庫水的長期作用下，受庫水浸潤和沖刷將發(fā)生坍岸。岸坡土體受水的浸潤飽和，土體強(qiáng)度降低，在不利條件作用下，造成土體淘蝕破壞，影響岸坡土體穩(wěn)定，局部有產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)的可能。

為了保證大壩左岸近壩庫岸的穩(wěn)定，確保大壩左壩肩安全，對大壩左岸壩軸線上游岸坡土體應(yīng)采取砌石護(hù)坡，護(hù)坡高程應(yīng)達(dá)到水庫大壩壩頂高程處。建議對大壩左岸上游近壩庫岸應(yīng)清除或夯實(shí)上部土層，臨時開挖邊坡1:0.75，水下永久性護(hù)坡邊坡 1:2.5～1:3.5。

［1］李立武、呂慶安等.《水利水電工程地質(zhì)手冊》.北京:水利電力出版社.1985，690