羅梓茗,王小笑,汪 慶,唐少龍
(江西省水利科學(xué)研究院,江西 南昌 330029)
東谷水利樞紐位于江西省安??h境內(nèi)的東谷河上,東谷河是贛江左岸的三級(jí)支流、禾水二級(jí)支流、瀘水一級(jí)支流,距安??h城14 km,壩址以上控制流域面積345.0 km2,總庫容1.257億m3。水庫灌溉面積33.2萬畝,電站裝機(jī)16 MW,是一座以灌溉和發(fā)電為主,兼顧防洪及其他效益的綜合性大(2)型水庫。樞紐工程主要建筑物包括:大壩、溢洪道、引水發(fā)電隧洞及電站等。工程于2007年6月開工,2009年12月基本建成并開始下閘蓄水,2010年5月發(fā)電機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電。2014年5月25日溢洪道出現(xiàn)險(xiǎn)情,后經(jīng)過及時(shí)搶修才使險(xiǎn)情得以排除。為全面評(píng)價(jià)工程的安全狀況,了解大壩的運(yùn)行性態(tài),防止險(xiǎn)情的發(fā)生,須進(jìn)行水庫大壩的安全鑒定工作。因此,本文結(jié)合庫區(qū)地質(zhì)條件及現(xiàn)場實(shí)際情況對(duì)東谷水庫近壩右、左岸邊坡穩(wěn)定問題進(jìn)行評(píng)價(jià),并提出相應(yīng)建議[1-2]。
庫區(qū)座落于武功山東麓,屬構(gòu)造侵蝕中低山地貌,水流侵蝕地形十分發(fā)育,東谷水奔流于深山峽谷中,沿途有較多小溪匯入,河谷兩岸斷續(xù)有山間盆地分布。河谷形態(tài)多呈“V”字形。庫區(qū)出露地層除河谷地段的第四系外,基巖主要為前寒武系、泥盆系淺變質(zhì)巖系。
庫區(qū)位于武功山復(fù)式背斜東南翼,層位較穩(wěn)定。庫區(qū)的樓仔下背斜規(guī)模較小。巖層產(chǎn)狀多為:N15°W~N30°E·NE~SE∠10°~34°,庫區(qū)大部分河段與巖層走向斜交,為橫向河谷為主,但在近壩庫區(qū)右岸局部存在近似順向坡;庫區(qū)斷裂較發(fā)育,主要為北東向或近東西向的壓性斷裂,壩區(qū)左岸至庫區(qū)玉公嶺,尚見有一條北西向張扭性斷裂,長15 km以上。
近壩東谷林場滑坡體位于大壩上游右岸,滑坡體距壩址約300 m,前緣高程90 m,后緣高程185 m,滑體長400 m,寬260 m,最大鉛直厚度65 m,總體積259萬m3?;陆M成物質(zhì)上部為塊石、碎塊石混合土,厚度15 m~22 m,其下為滑動(dòng)巖體,巖性主要為前寒武系變質(zhì)砂巖夾千枚巖,多為強(qiáng)風(fēng)化狀,厚度20 m~30 m。由于大量的滑坡物質(zhì)涌向河床,迫使河流轉(zhuǎn)向,目前河水強(qiáng)烈淘刷坡腳??碧奖砻骰w中共有三級(jí)滑動(dòng)面,第一級(jí)滑面后緣陡壁高程150 m左右,呈東北向直線狀伸延,至縱1剖面一帶后緣不清,滑帶厚5 m~10 m,為碎石土,局部見砂土,土質(zhì)具較好塑性;第二級(jí)滑面見于洞PD7樁號(hào)0+080及FK2鉆孔,為黃色黑色粉土質(zhì)礫或含砂粉土,地表無明顯反映,推測后緣高程170 m左右;第三級(jí)滑面后緣陡壁高程185 m,半環(huán)狀分布后緣受F12斷面控制,滑帶厚2 m~3 m,底部夾泥受剪后成磨光鏡面狀,有明顯擦痕?;采隙赶戮?,前緣微反傾,呈馬鞍形。滑坡形式為推移式,滑帶后緣受控于F12斷層,底部則由泥化的炭質(zhì)千枚巖組成。滑體上部PD7平硐中見大量的張裂隙發(fā)育,裂隙方向大致垂直滑動(dòng)方向,裂隙最大張開度近1 m,爆破煙霧由裂隙中消散。下部為受壓區(qū),巖石相當(dāng)破碎,并有大量泥質(zhì)充填。
東谷林場滑坡形成的原因與邊坡所處的地質(zhì)環(huán)境有關(guān)。首先,組成邊坡的巖性主要為前寒武系變質(zhì)砂巖夾千枚巖,千枚巖易泥化,層理發(fā)育,巖層產(chǎn)狀:N40°~50°W,NE∠20°,巖體中節(jié)理裂隙比較發(fā)育,尤其是走向N30°~50°W,傾向NE,傾角60°~70°這組節(jié)理與層面組合對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。因其走向與邊坡近于平行,傾向坡外,從而構(gòu)成滑動(dòng)面;滑坡后緣切割面及下游側(cè)受F12斷面控制,滑坡上游側(cè)切割面F15控制,這些結(jié)構(gòu)面相互組合導(dǎo)致邊坡滑動(dòng)。
該滑坡前期勘探作了大量的工作,在平洞及鉆孔中沿滑帶取樣10組進(jìn)行滑帶土抗剪試驗(yàn),其成果見表1。
表1 東谷林場滑坡體滑帶土力學(xué)特性表
根據(jù)試驗(yàn)成果以及僅從宏觀定性判斷,該滑坡體目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)反推滑動(dòng)面力學(xué)參數(shù),其滑坡體穩(wěn)定分析物理力學(xué)指標(biāo)采用值見表2。
表2 滑坡體穩(wěn)定分析物理力學(xué)指標(biāo)采用值
為預(yù)測和評(píng)價(jià)該滑坡體的穩(wěn)定狀況,前期勘察成果在進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算所考慮的荷載有:1)基本荷載;2)附加荷載有飽水條件下及正常蓄水位條件下的靜水壓力,庫水位驟降時(shí)的動(dòng)水壓力[3]。
工況選擇:
工況1 天然狀態(tài),地下水位按鉆孔揭露情況;
工況2 庫水位148 m,地下水位按鉆孔揭露情況反推地下水壅高水位;
工況3 庫水位148 m驟降至130 m,假設(shè)地下水來不及排出而仍保持庫水位148 m時(shí)的狀況。
根據(jù)計(jì)算成果,結(jié)合滑坡體所處地質(zhì)環(huán)境的綜合分析,前期勘察成果的主要結(jié)論是:①工況1天然狀態(tài)及工況2庫水位148m,地下水位按鉆孔揭露情況反推地下水壅高水位,滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài);②工況3庫水位148 m驟降至130 m,假設(shè)地下水來不及排出而仍保持庫水位148 m時(shí)的狀況,滑坡安全系數(shù)為0.98,滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
水庫左岸140 m~125 m以下為巖質(zhì)邊坡,出露巖性為前寒武系變質(zhì)巖系中厚層凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖夾絹云母綠泥石千枚巖及含炭質(zhì)千枚巖,地表多呈強(qiáng)~弱風(fēng)化,產(chǎn)狀:N15°W~N40°E,NE~SE∠10°~25°,傾向左岸偏下游,為反向邊坡,自然山坡坡度40°~45°。岸坡穩(wěn)定性較好。高程100 m為原有公路,路寬4.5 m。
自溢洪道左岸上壩公路順坡而下至東谷林場,為一臨時(shí)進(jìn)庫公路(近壩段高程155 m~135 m),路基寬5 m,路內(nèi)側(cè)開挖邊坡為1∶0.75~1∶1,該路基以上岸坡為殘坡積碎石土,厚3 m~6 m,土質(zhì)松~稍密,自然山坡坡度25°~30°,岸坡穩(wěn)定性較好。在壩址上游左岸山坡,分布有較多山頂崩塌下來的碎塊石、孤石,巖性為泥盆系跳馬澗第一小組(D2t1)石英砂礫巖,硅質(zhì)膠結(jié),巖質(zhì)堅(jiān)硬,呈零散分布狀。
近壩左岸邊坡巖層反傾坡內(nèi),水庫運(yùn)行出現(xiàn)大體積滑坡或崩塌的可能性較小。但由于邊坡巖體裂隙發(fā)育,可能組合不利組合,蓄水運(yùn)行可能產(chǎn)生局部滑坡。同時(shí)左岸蓄水位以下分布有崩岸堆積體,蓄水運(yùn)行后可能發(fā)生坍岸,易誘發(fā)上部山體崩塌,建議對(duì)近壩左岸邊坡加強(qiáng)巡視檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。
東谷林場滑坡體及其下游近壩右岸邊坡在工況1天然狀態(tài)及工況2庫水位148 m,地下水位按鉆孔揭露情況反推地下水壅高水位,滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài);在工況3庫水位148 m驟降至130 m,假設(shè)地下水來不及排出而仍保持庫水位148 m時(shí)的狀況,滑坡安全系數(shù)為0.98,滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。東谷林場滑坡體及其下游近壩右岸邊坡穩(wěn)定性差,威脅工程安全。
近壩左岸邊坡巖層反傾坡內(nèi),水庫運(yùn)行出現(xiàn)大體積滑坡或崩塌的可能性較小。但由于邊坡巖體裂隙發(fā)育,可能組合不利組合,蓄水運(yùn)行可能產(chǎn)生局部滑坡。同時(shí)左岸蓄水位以下分布有崩岸堆積體,蓄水運(yùn)行后可能發(fā)生坍岸,易誘發(fā)上部山體崩塌。
東谷林場滑坡體及其下游近壩右岸邊坡穩(wěn)定性差,容易產(chǎn)生滑坡等災(zāi)害。由于滑坡體方量大,又臨近大壩,蓄水后一旦再次發(fā)生破壞將會(huì)嚴(yán)重危及大壩安全,初設(shè)階段建議對(duì)滑坡進(jìn)行削坡減載方法處理:
①削坡減載方法宜采用自上而下分級(jí)開挖,每級(jí)高小于15 m,平臺(tái)寬 5 m~8 m(便于施工),開挖坡比 1∶1;②施工過程中應(yīng)及時(shí)支護(hù),防止松弛變形區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展;③開挖邊坡周邊及施工完后每級(jí)平臺(tái)應(yīng)設(shè)置排水溝,并進(jìn)行襯砌,坡面應(yīng)設(shè)置排水孔或排水洞;④施工及運(yùn)行期間建立完善的變形監(jiān)測網(wǎng)絡(luò);⑤為確保電站運(yùn)行安全,對(duì)滑坡體進(jìn)行開挖處理后,應(yīng)復(fù)核滑坡體穩(wěn)定性。減載的土石可做為天然建材壩殼料,其中上部碎塊石混合土可做壩殼石碴混合料,下部滑動(dòng)巖體可做為石碴料。施工階段是根據(jù)初設(shè)地質(zhì)建議對(duì)滑坡體及近壩右岸坡進(jìn)行削坡減載處理,減載的土石料作為天然建材壩殼料利用[4-5]。施工中,對(duì)滑坡體高程120 m~150 m范圍采用自上而下分級(jí)開挖,進(jìn)行了削坡減載工程處理。開挖揭露上部為塊石、碎塊石混合土,厚度5 m~10 m,做為壩殼石碴混合料;下部為滑動(dòng)巖體,可做為石碴料,對(duì)下部滑動(dòng)巖體僅進(jìn)行了少量的爆破松動(dòng)采挖,如采用大量爆破松動(dòng)對(duì)滑坡體的穩(wěn)定不利。開挖的碎塊石混合土料作為石碴混合料填筑于大壩上游高程110 m~135 m范圍壩殼,采挖方量約30萬m3左右。
施工雖作了削坡減載處理,但由于削坡減載方量和減載范圍小,且集中滑體或蠕變邊坡體中部,對(duì)上部150 m~180 m高程邊坡體穩(wěn)定有不利影響。建議加強(qiáng)東谷林場滑坡體及其下游近壩右岸邊坡體的檢查觀測,密切關(guān)注其變化,必要時(shí)采取工程措施進(jìn)行處理。近壩左岸出現(xiàn)大體積滑坡或崩塌的可能性較小,但也不排除出現(xiàn)局部滑坡的可能性,建議加強(qiáng)巡視檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。