新平县马鞍山水库工程左岸坝肩岩体稳定性分析及工程设计

杨顺云

新平县水利勘测设计队

摘要：新平县马鞍山水库库区左岸坝肩岩体，施工过程中由于下部岩体开挖掏脚，致上部岩体开裂，致使左岸山坡岩体存在向库区滑动可能。为保证施工及运行期工程安全，设计单位对岩体稳定性进行分析，提出了施工工艺较简单，经济易行的工程处理方案，完工后经历了两个雨季的运行考验，现未出现任何变形、裂缝，证明原变形裂缝坡体已经稳定、安全，說明设计方案有效可行，处理效果明显。

关键词：马鞍山水库；库区左岸坝肩岩体稳定性分析；工程处理方案设计

1.引言

马鞍山水库地处新平县戛洒镇西部南恩河上游，距戛洒镇47km，距新平县城124km。南恩河天然产水特点是年际变化较大，主要集中在每年的6至10月份，年内分配不均致使戛洒镇片区工程性缺水严重，为解决这一问题，该水库被列为云南省“百件”骨干水源工程兴建。马鞍山水库为面板堆石坝，坝高81.0m，坝顶高程2001.50m，属小（一）型Ⅳ等工程，总库容614万m3。

水库枢纽工程于2012年2月份开工建设，2012年11月初，为开挖左岸灌浆廊道，从水库上游库区修建至左岸廊道的施工道路，施工道路布置于左岸坡设计趾板开挖边线上部，造成河床段趾板（高程1924.00m）左上部、高程1989.07m～2017.0 m之间边坡岩体沿层面开裂，裂缝长度25m，走向SE39°～57°，倾向NE，倾角36°～69°，裂缝波状起伏，倾角从上往下36°向69°逐渐变陡，后对裂缝进行工程地质测绘并对裂缝进行位移监测。至2013年1月22日层面裂缝上下两盘错距达1.5cm，J1隙面张开5.0～8.0cm，经分析，为岩体受道路开挖层面掉脚临空，顺层滑动所致。为保证工程施工及建成后运行安全，对该部位岩体进行稳定性分析，提出经济可行的工程处理方案设计势在必行。

2.库区左岸坝肩地形地质条件简介

马鞍山水库坝址区位于剥蚀构造高中山地貌区，河谷深切，相对高差200～500m。坝址段河床纵坡降5%左右。河槽两侧为陡岩，槽深10～20m，宽17～30m。左岸河床趾板上部为一山梁，地形坡45～55°，下部40～53°。

大坝轴线上游左岸边坡岩性为Pzd1绢云石英千枚岩，构造复杂。趾板C点下游为单斜构造，岩层产状为：走向NW35～40°，倾向SW，倾角70°～80°，层面粗糙，少量泥质充填。趾板C点上游为核部轴面倾向上游的一倒转背形褶曲构造，核部上部岩层产状变化较大，从上游往下游，倾角由缓变陡，上游：走向NW29°～36°，倾向NE，倾角35°～41°，层面泥质充填，较光滑；下游开挖边线附近：走向NW30°～40°，倾向NE，倾角70°～80°。核部下部岩层产状变化较小，基本与下游岩层产状一致，走向NW35°～40°，倾向SW，倾角75°～80°。开挖山体岸坡受其影响，核部附近及上部岩体破碎，呈层状块裂结构，岩体强风化状态，核部下部岩体为层状结构，为弱风化状态。核部上部岩层层面受错动影响，层面表面泥化现象严重，泥膜厚1.0～3.0cm不等。岩体发育主要较大结构面有：J1为背形核部张行破裂面，碎石砂泥充填，宽由上部向背形核部变窄至尖灭；上部宽22.0cm左右，是背形形成时，上部岩体张拉所至。延伸长约35.0m，产状为：走向NE40°，倾向NW，倾角49°。J2及J3为两条平行剪行结构面，隙面光滑，延伸长，长30.0～36.0m，产状为走向NW80°，倾向SW，倾角60°～65°。除上述较大结构面外，其次还发育有二组节理裂隙，一组为走向NE20°～30°，倾向NW，倾角50°～60°，与坡面反向，但倾角较陡，隙面粗糙，少量砂泥质充填。裂隙密度为3～5条/m，延伸较短，长度数厘米～数十厘米不等，为褶曲形成时核部上部岩层受拉所致，主要发育于坡面上部。另一组为：走向NW60°～80°，倾向SW，倾角38°～52°，与层面同向，与坡面交角较大，隙面光滑，无充填。裂隙密度为2～3条/m，延伸较短，长度数厘米～数十厘米不等。该两组节理裂隙的发育使左岸岩体略显破碎，岩体总体表现为层状块裂结构。

据勘察左岸坝肩q≤5.0Lu相对隔水层埋深9.5～42.5m，透水率q=5.2～78.6Lu，岩石透水性中等；坝肩上部高程2010.28m，地下水位高程1928.78m，地下水位埋深27.5m；中部高程为1966.63m，地下水位高程1943.03m，地下水位埋深23.6m；说明左岸地下水位高于河床，地下水由岸坡山体向河床排泄（见马鞍山水库左岸地形地质图）。

3.库区左岸坝肩岩体稳定性分析

3.1 岩体滑动模式分析及物理力学参数取值建议

通过对左岸坝肩平面工程地质测绘，该部位岩层为一倒转背形褶曲构造，地表出露为被形上翼倾角相对较缓地层，其中发育有J1及J2两条延伸较远的宽大裂隙构造与层面组合，形成了一平面上不规则的四边形楔状不稳定岩体，造成该岩体向河槽临空面滑移，地表开裂（层面裂缝上下两盘错距达1.5cm，J1隙面张开5.0～8.0cm，沿J2隙面下部隆起），主滑动方向为J2隙面与层面交线方向，倾向SE87.5°，倾角29°。滑动带界长度范围达40.1m，楔状不稳定岩体滑出的临空高程为1979.2m。

岩体、层面、J1及J2隙面物理力学参数建议取值见表1。

3.2 岩体稳定性分析计算

经勘察及作图分析（见稳定分析计算典型地质剖面图、赤平极射投影图），滑坡体平面形态为不规则的四边形。高程位于1792.6m～2022.6m之间，前缘宽约40m，主滑方向长75m，平面面积约2300 m2，体积约2.1万m3。楔状不稳定岩体滑出时，下滑力为岩体重力在主滑方向上的分力，抗滑阻力为重力在层面及J2隙面滑动时产生的摩擦力，采用作图法求得层面滑动面面积2812.2 m2，J2隙面滑动面面积630.3m2，由此得出该楔状不稳定岩体安全系数K计算式如下，计算结果见表2。

K=（γVcosα1tgφ1+A1C1+γVcosα2tgφ2+A2C2）/γsinα3

γ--- 岩体的重度（Kn/m3）

V--- 岩体的体积（m3）

α1--- 滑动方向层面视倾角（25.5°）

φ1--- 层面内摩擦角（°）

A1--- 层面滑动面面积（m2）

C1--- 层面粘结力（KPa）

α2--- 滑动方向J2隙面视倾角（62.5°）

φ2--- J2隙面内摩擦角（°）

A2--- J2隙面滑动面面积（m2）

C2--- J2隙面粘结力（KPa）

α3--- 主滑动方向（J2隙面与层面交线）倾角（29°）

经计算原地形状态下不稳定岩体抗滑稳定安全系数为1.11（结果见表2），处于稳定极限平衡状态，不满足规范K≥1.3要求，计算结果与实际基本吻合。

4.岩体边坡工程处理方案工程设计及处理后边坡稳定性分析计算

4.1 岩体边坡工程处理方案工程设计

马鞍山水库枢纽左岸变坡滑动的主要原因是地质条件较差，地形坡度过陡，加之坡面下部因开挖施工道路形成临空所致。设计方案采用了削坡卸荷、锚杆固坡，网喷护面、内外排水相结合的处理措施。

削坡卸荷主要布置在边坡裂缝影响范围内，施工道路高程以上分为五级坡，坡比1：1～1：0.75，在高程2047m、2032m、2017m、2002m、1987m处分别设2.0m或3.0m宽戗台，施工道路以下设3级坡，坡比1：0.75～1：0.5，在高程1967m、1952m处分别设2.0m宽戗台。

锚杆固坡和网喷护面综合进行，根据边坡稳定分析结果，结合实际地质情况，将喷锚划分为Ⅰ、Ⅱ两个区域。Ⅰ区为采用Φ28螺纹钢筋锚杆，锚杆间距2.5m，梅花形布置，锚杆长9m，锚入8.85m，坡面挂Φ8双向双层钢筋网，喷150mmC20混凝土。Ⅱ区为采用Φ25螺纹钢筋锚杆，锚杆间距2.5m，梅花形布置，锚杆长3m，锚入2.9m，坡面挂Φ6单向双层钢筋网，喷80mmC20混凝土。

坡内排水为喷锚区域设Φ50PVC排水管，排水孔间距3.0m，孔深0.3～1.0m，并在岩体内的管头设反滤料。坡面排水为沿喷护面周边与山坡交接和高程2002m以上的戗台内侧设排水沟，以防止雨洪进入坡面和收集喷护面内雨水按设计要求集中排出，达到防止雨季上部坡面积水进入不稳定岩体的目的。

4.2工程处理后边坡稳定性分析计算

工程处理后，剩余不稳定岩体体积约0.49万m3，层面滑动面面积减为2159.0m2，J2隙面滑动面面积减为484.2m2，抗滑阻力增加了锚干Φ28共163棵（120N/mm2），抗剪断所提供的力为12038KN，经计算工程处理后，剩余不稳定岩体抗滑稳定安全系数达1.84（结果见表2），满足规范K≥1.3的要求。

5.结语

在新平县马鞍山水库大坝左岸坝肩岩体稳定性分析及工程处理设计中，通过地质分析及稳定计算，依据不稳定岩体工程实际，设计采用了多种措施结合方案，提出了技术可行施工工艺较简单，经济易行的工程处理方案，完工后经历了两个雨季的运行考验，现未出现任何变形、裂缝，证明原变形裂缝坡体已经稳定、安全，说明设计方案有效可行，处理效果明显。马鞍山水库工程中对左坝肩岩体穩定行分析及工程处理方案值得类似工程借鉴。