东石岭水库坝肩抗滑稳定分析浅议

东石岭水库坝肩抗滑稳定分析浅议

孙志江

孙志江

河北省水利水电第二勘测设计研究院河北石家庄050021

1.引言

东石岭水库位于河北省沙河市，控制流域面积169km2，水库总库容6840万m3。水库始建于1969年11月，1978年6月主体工程竣工。拦河坝为单曲重力浆砌石拱坝，坝顶高程383.0m，最大坝高81.0m，坝顶长度252.0m，坝顶宽8.0m。

大坝两坝肩基岩为石英砂岩，由于NE40°～50°和NW310°～330°两组裂隙发育，两坝头上下游裂隙密集，在高水头作用下，裂隙中的充填物被渗水带走形成渗漏通道致使渗漏严重。据水库管理处1989年观测，右坝头绕坝渗流量为2L/s。。左坝头渗漏更加严重，泄洪洞内壁大面积渗水，多处有集中渗漏，在进口工作闸门关闭情况下，常年有渗水流出，影响大坝坝体安全。

针对东石岭水库存在的安全问题，2004年至2006年间实施了东石岭水库除险加固工程，对大坝左右坝肩采取了帷幕和固结灌浆，并在下游坝肩山体布设排水孔等措施，本文就大坝加固工程实施前后的坝肩抗滑稳定进行了分析论证。

2.坝肩地质条件

大坝两坝肩置于由长城系石英砂岩夹砂质页岩、玄武岩组成的陡崖中。坝肩石英砂岩多呈薄板、薄层和中厚层状，层厚大多在10～30cm之间，致密坚硬。砂质页岩呈薄层状，层厚多在0.5～3cm之间。岩层走向NE30°～40°，倾向SE110°～140°，倾角5°～8°，倾向坝后下游，倾角低缓。节理裂隙较为发育。

坝肩岩体节理裂隙非常发育，以NE向和NW向的节理裂隙最为发育。库区及左右坝肩的岩体陡壁基本沿这两个方向的节理面形成。

左坝肩岩体形状近于长方体状，坝后岩体顺水流向长约170m左右。岩体地表以下30m以下范围内多呈强～弱风化。主要发育NE和NW向倾角较陡的节理和层间节理，在近陡壁和地表以下较深范围内NE和NW向节理多呈张开状态，NE向节理多密集成带。

右坝肩工程地质特征与左坝肩大致相近，岩体为山脊外延的突出部分，岩体较左坝肩浑厚，在坝肩后部170m处为一深切冲沟分割。岩体在近陡壁10m内多呈强～弱风化。节理裂隙发育，主要发育NE和NW向倾角较陡的节理和层间节理。

左右坝肩近陡壁处岩体风化程度较高，NE和NW向节理比较发育，多呈张开状态贯穿于陡壁，其中NW向裂隙与水流方向基本相近。裂隙面与层面的组合形态不利于岩体的稳定。砂质页岩夹层力学性质较石英砂岩差，风化程度较石英砂岩强；辉石玄武岩层近陡壁部分风化强烈，局部呈松散状态，且渗漏较严重，呈饱和状态。以上两类岩层为相对软弱层，其性状不利于岩体稳定。在库水位较高状态下，坝肩后侧岩体渗漏范围较大，渗径较长，裂隙水多沿NE和NW向裂隙和辉石玄武岩层运移至陡壁外侧层面或裂隙渗出，砂质页岩夹层长期受水浸泡局部已软化，强度降低不利于岩体的稳定，而且在较大渗透压力下，裂隙内和层面的泥质被不断带出，使结构面的抗滑能力减弱。随着时间的推移，渗漏对岩体稳定的影响程度会不断加剧。

3.坝肩抗滑稳定分析

东石岭水库拦河坝坝肩岩体岩层产状近水平，而与水流方向相近的一组裂隙垂向延伸较深且近于直立，坝肩稳定采用刚体极限平衡法进行平面分层稳定验算。水库拦河坝位于U型河谷，假设侧向滑移面为铅直面而底部滑移面为水平面，并考虑侧向滑移面的渗透压力U1及上下岩层间的渗透压力U2，则计算公式如下：

N及S——由拱端传来的轴向力H和剪力V在侧向滑移面的法向压力和滑移力；f1——侧向滑移面的摩擦系数；f2——上下岩层间的摩擦系数；U1——侧向滑移面的渗透压力；U2——上下岩层间的渗透压力；W2——抗滑岩体的重量。

选取坝体坝基物理力学指标见表1。

表1坝体坝基物理力学指标表

拱坝特征值见表2。

表2拱坝坝体特征指标表

东石岭水库拦河坝工程坝肩岩体层面近水平分层，而与水流方向相近的一组裂隙垂向延伸较深且近于直立，因此坝肩抗滑稳定沿高度方向选取单位高度进行分层坝肩抗滑稳定分析计算。

根据地质资料分析，大坝坝肩岩体较单薄，由长城系石英砂岩夹砂质页岩、砾岩、粘土岩及辉石玄武岩组成，岩层呈层状。岩层倾向坝后下游，倾角低缓近于水平。部分岩体长期受基岩裂隙水的影响，存在软弱层，岩体NE和NW节理发育，NE向节理多密集成带，两组节理在近陡壁和地表以下较深范围内多呈张开成裂隙甚至为较宽的裂缝，在拱推力作用下，有形成水平层状滑移的可能，因此，应着重分析大坝坝肩分层水平抗滑的稳定性。左坝肩抗滑计算结果见表3：

表3坝肩稳定计算成果表

分析表3坝肩稳定计算成果，可以确定坝肩渗漏对坝肩稳定产生了很不利的影响，在校核洪水位时，两岸坝肩局部高程抗滑稳定安全系数已低于规范要求最小值，进行坝肩处理后，均能满足要求。因此进行坝肩灌浆、下游坝肩山体布设排水孔等处理措施是十分必要的。

结语

（1）扬压力折减系数对大坝坝肩抗滑稳定安全系数影响较大，本工程因左右坝肩下游渗漏明显可见，扬压力折减按实测或预测的坝后渗水高程确定，成果较为准确可靠。

（2）本工程采取平面稳定分析方法确定了各高程坝肩基岩的稳定性，计算较为简便，对坝肩岩体呈层状分布且存在软弱夹层，岩体裂隙带近于垂直的中小型拱坝计算成果较为准确，可在类似工程中广泛采用。

参考文献：

[1]王毓泰周维垣毛健全顾悦拱坝坝肩岩体稳定分析.贵州人民出版社.

[2]华东水利学院四川省水利电力局广西大学砌石坝设计水利出版社.

作者简介：

孙志江，河北省水利水电第二勘测设计研究院，正高级工程师。