近坝库岸稳定性评价优化

2.4.8.1　左坝肩龟头山山体

1.基本概况

龟头山山体为坡向河谷不规则的谷坡地形。岩性组成上部为寒武系岩层，中部与下部为中元古界汝阳群和太古界登封群岩层。该山体被两个构造断裂所切割，北部岸边为F11逆掩断层，南部为五庙坡断层带。由于两条断层的倾角不同，约在高程108.00m处相交，形成两断层间山体呈一不规则的三角楔形体，见图2.4-1。

由于F11断层在山体下游侧出露高程90.00～120.00m，处于太古界登封群花岗片麻岩岩体中，已不形成向下游滑动控制面，但存在向五庙坡断层带的压缩变形问题。同时上部馒头组地层受构造作用影响较强，发育有软弱夹层，存在上部山体的局部稳定问题。

图2.4-1　龟头山地质构造剖面示意图

2.龟头山山体向五庙坡断层带的压缩变形

F11断层属于压扭性破裂结构面，断层泥连续分布，并已成为泥化状态，抗剪强度较低；而五庙坡断层带属张扭性破裂结构面，宽度达50～70m，并在断层带内分布较多的次级小断层，岩体破碎松弛，具有压缩变形的特性。龟头山稳定分析组成的边界条件和综合受力情况，见图2.4-2，稳定分析计算主要参数建议值见表2.4-10。

将五庙坡断层带及其后岩体视为散粒体，根据试验提供的抗剪刚度计算其位移见表2.4-11。用ANSYS进行建立模型并进行计算分析，左岸山体位移量见表2.4-12。

图2.4-2　龟头山稳定分析的结构岩体、受力状况剖面示意图

表2.4-10　稳定分析计算主要参数建议值表

表2.4-11　龟头山岩体位移和五庙坡断层带压缩变形计算表

表2.4-12　有限元法计算的左岸山体位移量　单位：cm

从计算参数、计算剖面选取及计算工况等各方面均考虑了一定的安全储备，据此计算的压缩变形量偏大，因此计算结果偏于安全。

3.上部山体的局部稳定问题

五庙坡断层带北侧的龟头山发育2个走向近东西向的小褶皱，上部馒头组地层基本以山梁为界，北侧倾向上游，倾角一般6°～10°，在褶皱核部可达23°；南侧倾向下游，倾角一般10°～15°，褶皱核部附近可达27°。根据稳定分析计算，左坝肩拐点至五庙坡断层带之间的弧形坝段局部存在沿1m2岩层顶面软弱夹层向上游或下游的局部稳定问题。由于1m2岩层顶面软弱夹层分布埋深较浅，对坝基、溢洪道闸室等存在稳定影响，但随着溢洪道及坝肩边坡的开挖，大部分可能被挖除，同时残留部分也将被坝体所压盖，故后期基本不会产生稳定问题。

2.4.8.2　右岸山体

（1）右岸山体特征。沁河在坝址处为一河流弯道，将右岸山体切割成一个向岸外突出的三面临空体。山体下部是太古界登封群片麻岩，中部和上部为中元古界汝阳群～寒武系岩层组成的单斜山体，倾向上游，倾角3°～7°。区内1m3岩组在构造应力作用下强烈变形，产生层间褶曲和局部层间错动，同时伴生有软弱夹层。软弱夹层抗剪强度指标建议值：f=0.25，c=0.005MPa。

考虑正常库水位骤降地震条件下及正常库水位动水压力地震条件下2种工况，计算结果见表2.4-13。稳定性最小的三个控制剖面的安全系数（k）分别是2.09、2.05、2.03。

表2.4-13　右岸坝肩稳定计算成果表　单位：kN

（2）右岸山体稳定性评价。从计算结果知，稳定系数最小的三个控制剖面，其安全系数k均在2.0以上，满足一级水工建筑物稳定标准。其次，从有关计算参数分析，如倾斜滑动面在计算时均概化为平面，实际上有起伏；滑动面泥化夹层视为一个连续性整体，实际上是断续的，故φ取值偏低，而且计算时不考虑c值。根据上述分析，水库蓄水后右岸山体是稳定的。

2.4.8.3 左岸古滑坡体

1.基本地质条件(www.xing528.com)

古滑坡体分布在左岸坝肩顺河向上至三坝线，下至龟头山端部；横河向，上界为龟头山背斜轴部，下界为岸边260.00m高程，全长约560m，宽度80m，体积约71万m3。

滑坡体岩层主要是馒头组（1m3、1m4）泥灰岩、白云岩组成的破碎岩体。根据岩体破碎程度和变形特点划分为两个区：即靠近前缘段，破碎强烈，多为碎块状的为①区，向里至后缘段岩体以张裂变形为主的为②区。

滑坡体岩层及滑床面皆倾向河谷，走向近EW、倾向N、倾角3°～7°，滑床基底岩层为坚硬厚层的1m2白云岩，滑床面上分布有薄层状夹泥。因其夹泥性质各段不尽相同，根据洞探资料将其划分为两段，即靠近前缘的30m为外滑床段，30m以后至后缘的为内滑床段，前者夹泥为中粉质壤土，含岩屑碎粒，厚度约1.0cm左右，不太稳定；后者夹泥为质纯的黏土，厚度1～1.5cm，最厚达4～5cm。

2.破坏的形式与有关计算参数

滑坡体现状已处于稳定平衡，主要考虑的是建库蓄水后稳定破坏的可能性。破坏形式可能有3种情况：①沿滑床面整体性滑动；②由于库水长期升降作用下，影响前缘边岸的坍塌；③当产生足够严重坍塌或整体性滑动之后，影响上部岩体稳定，造成更大规模的滑塌。局部边岸坍塌，因属规模小，时间缓慢，不致造成特大问题。对第三种情况，在该滑坡体以南有约百米宽，地形坡比较舒缓，岩层缓倾岸内，故有足够的稳定性。

按整体性滑动形式，提出稳定计算方面的有关参数，见表2.4-14。滑床面夹泥共作了7组室内抗剪试验（固结快剪），其中外滑床段2组，取f=0.216，c=0.02MPa。内滑床段5组，取f=0.20，c=0.04MPa。

表2.4-14　滑坡岩体有关物理性质指标表

3.稳定性计算

稳定分析按最不利的情况考虑，分别采用设计洪水位285.43m骤降件下进行稳定计算（并假定骤降时无排水条件）。计算成果列于表2.4-15。从计算成果知，两个计算剖面的稳定安全系数均小于1，鉴于所处部位的重要性，建议对此进行处理为宜。

表2.4-15　左岸古滑坡体稳定计算成果表　单位：kN

2.4.8.4 左岸泄洪洞进口附近古崩塌体

1.古崩塌体分布

泄洪洞进口开挖影响范围内分布有两处古崩塌体，分别位于塔架上下游。塔架上游侧古崩塌体（1号古崩塌体）分布范围较小，分布于一处山梁上，天然坡度20°～35°。崩塌体呈长条形，厚3～13.1m，平均宽度20～40m，上窄下宽，最长处约200m，分布底高程230.00m左右，顶高程约为320.00m，总方量约3万m3。1号古崩塌体中下部受此处的“人”字形褶皱发育影响，基本沿背斜核部北翼的1m2顶面分布（岩层整体产状：35°～40°∠40°～50°），呈北东厚西南薄的一个楔形分布，北东处最大厚度约30m，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。

塔架下游侧古崩塌体（2号古崩塌体）分布面积较大，分布在塔架后侧山沟中，天然坡度15°～35°，下部坡度较缓，中上部坡度相对较陡。崩塌体厚5.1～10.1m，平均宽度60～100m，上宽下窄，分布底高程260.00m左右，顶高程约为400.00m，方量约12万m3。

2.古崩塌体物质组成

为查明古崩塌体工程地质条件，在1号、2号古崩塌体上布置了物探剖面、勘探钻孔（ZK176、ZK177、ZK178）、平洞（PD25）及相应的坑槽探（TC29、TC30）等。

根据物探剖面，古崩塌体平均纵波波速950～1400m/s，其中1号崩塌体底面整体坡度约为27°～31°；2号崩塌体280.00m高程以下底面整体坡度约为20°，280.00m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灰岩岩块夹土，岩块含量平均为60%～70%，块径大者超过1m，小者数厘米，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。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。

另外，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。据平洞PD25揭露，该层残坡积土在崩塌体底界面处分布较为连续，但受崩塌体中岩块杂乱分布的影响其厚度不稳定，一般厚2～7cm，局部或渐变为0。该层物质组成成分为土（可塑～硬塑状）夹岩屑岩块等，挤压较紧密，但土的含量变化较大。该层接触面亦不平整，随古地形有起伏。但根据2号古崩塌体两侧的槽探（TC29、TC30）揭露，在上部坡崩积的碎石土与基岩交界面处未发现有该层存在。同时，根据导流洞进口部分开挖面揭露，在1号古崩塌体与基岩交界处有一层泥钙质胶结的土夹碎石，其厚度亦不稳定，局部缺失，一般1～3cm，接触面整体较平整，略有起伏，起伏差为10～30cm。

综上所述，古崩塌体底部的古残坡积土分布范围应不连续，局部受崩塌块石或原始地形的影响有缺失，同时其物质组成亦不稳定，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。

3.古崩塌体物理力学参数

根据上述崩塌体的地质条件，参考有关工程经验，给出古崩塌体的物理力学参数建议值见表2.4-16。

表2.4-16　古崩塌体物理力学参数建议值

根据勘察资料分析，底部残坡积土是不连续的，其连续率应按不大于50%考虑。综合分析，底部残坡积土的力学参数建议值为，天然状态：φ=26°，c=29kPa；饱和状态：φ=22°，c=20kPa。由于目前勘察较难查清古崩塌体底部古残坡积土的连续性、物质组成及其结构特征，如后期开挖时需进行复核。

4.古崩塌体稳定性评价

根据与水工专业的联合计算分析，天然状态下，两处古崩塌体均处于长期稳定状态，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。其中，1号古崩塌体可能的失稳方向为导流洞进口上游的冲沟部位，对泄水建筑物进口无直接影响，但有可能产生涌浪等不良次生影响；而2号古崩塌体失稳的方向正对1号泄洪洞进口塔架，因此需特别加以关注。鉴于古崩塌体边坡处于泄洪洞进口部位，一旦失稳可能危及枢纽建筑物，建议重点做好正常蓄水位以下边坡的支护工作，同时对于施工过程中对于两处古崩塌体扰动的部分给予补强加固措施，以保证岸坡的稳定。