摘要：西泌河水库雷打坡边坡离西泌河水库约4.2 km, 外凸的体积约580×104m3, 水库蓄水后对库容及水工建筑物安全构成威胁。以雷打坡岩石结构地质调查资料为基础， 采用多种边坡稳定性分析方法对其进行边坡稳定性分析。结果表明， 雷打坡的岩质边坡斜插河床， 不会产生滑动破坏， 但其下游侧的崩塌堆积体在水库蓄水后将发生岩体失稳， 需采取相应工程措施进行处理。
关键词：边坡； 稳定； 处理； 西泌河；
1 工程概况
西泌河水库位于西泌河下游河段， 大坝枢纽区位于贵州省晴隆县莲城镇与马场乡交界处， 坝址以上集雨面积336.85 km2.西泌河水库正常蓄水位690.00 m, 正常库容为1 395×104m3;校核洪水位为694.36 m, 总库容1 715×104m3.水库的供水范围为晴隆县城 （莲城镇） 、光照镇规模村纺织和加工产业聚集园区、孟寨村新型建材聚集区的生产生活用水、孟寨灌区灌溉用水以及灌区内的农村人畜饮水， 年供水量为2 543×104m3, 灌溉供水量50.4×104m3 （保证率P=80%） ;水库坝后电站装机8 MW, 多年平均发电量2 680×104k W·h.
雷打坡边坡距离坝址约4.2 km, 外凸的体积约580×104m3, 水库蓄水后对库容及水工建筑物安全构成威胁。雷打坡边坡分布于库尾河床右岸， 地表为一向河床凸出的三角形山体， 底部长约625 m, 高约240 m, 两侧为浅切冲沟。边坡岩体为双层结构， 上部为T1yn2的中厚层灰岩 （中硬岩类） , 下部为T1yn2的泥岩 （软质岩） , 属下软上硬双层结构的岩质边坡。岩层产状：走向N74~90°W/倾NE∠30°。岩层倾角与边坡坡度相等， 斜坡面即岩层面。岩层沿斜坡面斜插河床， 下伏岩层面 （特别是T1yn2的灰岩及泥岩接触界面） 为其潜在的可能滑移面， 边坡岩体中发育两组陡倾裂隙 （ （1） 走向N15~25°E/NW∠75~82°； （3） 走向N30°W/∠90°） .构成其侧向切割面。根据现场调查资料分析， 在边坡下游崩塌体中发育有拉裂现象。
2 雷打坡岩石结构
2.1 基本地质条件
雷打坡边坡为自然营力作用形成的边坡， 通过西泌河水库的修建， 形成以人类活动为主导的工程边坡。按岩性分类， 边坡为各种结构面切割的岩质边坡， 边坡坡度变化较小， 坡度在10~300左右， 形成斜坡和陡坡， 边坡高度约为240 m, 高度大于150 m, 为超高边坡。
边坡的坡脚高程为EL665.3m~EL666.3m, 边坡出露的岩性为灰岩夹泥质灰岩。整个边坡呈外凸的三角形， 三角形顶部的角度约700, 在剖面上的形态为下陡上缓。EL800m高程以下的边坡坡度约300, 坡面长度约430 m.EL800m~EL920高程的边坡坡度约为150, 坡面长度约155 m.坡顶位置遭受风化剥蚀呈现为负地形， 水平长度约55 m左右。
边坡在地形上分为两部分， 靠上游侧边坡基岩裸露， 根据钻孔和现场的地质描述， 地层岩性为中厚层灰岩， 在坡面以下约30 m处有夹泥岩的夹层现象。上游边坡的坡脚长约375 m.靠下游侧边坡为崩塌体覆盖， 根据地质剖面， 覆盖层厚度约在6~19 m, 覆盖层下部岩层的岩性为T1yn2的灰岩夹泥岩， 下游边坡的坡脚长约250 m.其上下游的剖面图见图1~图2.
2.2 边坡构造及结构面
边坡位于法郎向斜西段扬起端南翼近核部。岩层倾向左岸， 倾角30°， 为顺向坡。岩体为层状结构。据地表地质测绘及钻探揭露， 未发现断裂构造， 节理裂隙及卸荷裂隙较发育， 岩体中主要发育构造裂隙有两组。 （1） 走向N15~25°E/倾NW∠75~82°。裂隙规模较大， 地表可见最大延伸长度>10 m, 裂面上有擦痕， 线密度1~2条/m, 强风化带裂隙张开， 沿裂隙局部夹泥； （2） 走向N10~30°W/倾NE∠62~90°， 地表可见长度3~5 m, 裂面平直， 强风化带局部张开夹泥。
根据地表调查及转贴揭露， 结合《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》 （DL/T5337-2006） 分类标准， 边坡按岩体结构分类见表1.
2.3 边坡岩体质量分类
由于边坡靠近原可研阶段的上坝址， 根据坝址岩层分布情况， 分布地层主要为三迭系下统永宁镇组 （T1yn） , 岩性以灰岩为主夹泥质灰岩及泥岩， 岩体风化以溶蚀风化和裂隙性风化为主要特征。溶蚀风化一般是地表裂隙、构造软弱带受岩溶的影响， 溶蚀张开或充填黏土或岩屑等， 由表层向深部逐渐减弱， 一般溶蚀缝宽0.1~3 cm不等， 呈上宽下窄的喇叭状， 一直风化的铅直深度可达4~5 m.裂隙性风化主要沿裂隙分布， 强风化带裂隙张开夹泥， 弱风化带裂隙一般闭合。局部裂隙面两侧有铁质、泥质浸染呈黄褐色。微风化带裂隙闭合， 裂隙面为方解石脉胶结。根据地表地质测绘及平洞、钻孔及物探资料综合分析， 原上坝址覆盖层厚度及岩体的风化分带如下：
河床：砂砾石覆盖层一般厚2~5 m, 强风化深7~9 m, 弱风化深20~23 m.
两岸：基岩出露区， 岩体强风化深一般5~6 m, 弱风化深19~22 m.
地层为岩溶发育地层， 上阶段钻孔及平洞勘探范围未揭露出较大规模的溶洞和管道。存在构造裂隙和溶蚀裂隙构成渗漏通道。强风化岩体中， 裂隙发育， 岩体破碎， 裂隙面、层面均有不同程度的张开， 岩体透水性较强。进入弱风化岩体， 岩体的透水性也逐渐变小， 至弱风化岩体下部， 其透水率一般均小于3 Lu.根据试验资料， 灰岩弱风化带岩石的饱和单轴抗压强度平均值46.36 MPa, 软化系数0.79, 纵波波速3 684~4 201 m/s, 属中硬岩类。泥岩弱风化带岩石的饱和单轴抗压强度<30.0 MPa, 属软质岩类。
根据各地层单元岩性特征、岩体强度及节理发育情况等划分岩体类别如下 （按《水利水电工程地质勘察规范》 （GB 50487-2008） 附录V坝基岩体工程地质分类） :灰岩段弱-微风化岩体属BⅢ2类岩体。泥岩段弱-微风化岩体属CⅣ1类岩体。
根据以上分类及边坡裂隙发育情况， 结合《水电水利工程边坡边坡工程地质勘察技术规程》 （DL/T5337-2006） 分级标准进行分级。
对于T1yn2地层， 《水利水电工程地质勘察规范》 （GB50487-2008） 附录V取岩体完整性系数为0.5, 抗压强度取为平均值46 MPa, 按规范 （DL/T5337-2006） 附录B式B.1 （BQ=90+3RC+250×KV, RC为岩体饱和单轴抗压强度， KV为岩体完整性系数） , 计算岩体基本质量指标为90+3×46+250×0.5=353, 边坡岩体质量级别为III类。
对于其中的泥灰岩， 《水利水电工程地质勘察规范》 （GB50487-2008） 附录V取岩体完整性系数为0.50, 抗压强度取为40 MPa, 按规范 （DL/T5337-2006） 附录B式B.1, 计算岩体基本质量指标为90+3×40+250×0.50=335, 边坡岩体质量级别为IV类。
由于边坡以灰岩为主， 局部夹泥岩， 故边坡岩体的质量级别为Ⅲ类。
3 边坡分析及成果
3.1 对雷打坡边坡的初步判断
根据雷打坡边坡的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等， 参考《水利水电工程边坡设计规范》 （SL/386-2007） 附录A, 由于层面的产状与边坡走向的夹角为30°， 岩质边坡的结构分类为层状顺向边坡， 边坡稳定性受坡角及岩层倾角组合、岩层厚度、顺坡向软弱结构面的发育程度及抗剪强度所控制。边坡的破坏方式可能为： （1） 层面或软弱夹层易形成滑动面， 坡脚切断后易产生滑动； （2） 倾角较陡时易产生溃屈或倾倒； （3） 倾角较缓时易产生倾倒破坏； （4） 节理或裂隙易形成楔形体滑动。
通过对雷打坡边坡 （边坡地形见图3） 进行赤平投影分析， 对边坡稳定性进行初步判断 （参考《水利水电工程边坡设计规范》 （SL/386-2007） 附录B） .分析成果：右岸边坡的优势结构面为两组： （1） 290°∠80°； （2） 60°∠70°。边坡的平面滑动最可能发生在倾向方向， 两组节理释放了侧向方向的约束， 使得平面滑动的可能性增大。另外， 边坡不容易发生楔形体滑动；第一组优势结构面290°∠80°的倾向稍微变化， 落入阴影区， 就可能在下游侧发生倾倒破坏。
3.2 边坡稳定性分析
3.2.1 边坡的形态特征
雷打坡边坡分布于库尾河床右岸， 距离坝址约4.2 km, 地表为一向河床凸出的三角形山体， 底部长约625 m, 高约240 m, 两侧为浅切冲沟。边坡岩体为双层结构， 上部为T1yn2的中厚层灰岩 （中硬岩类） , 下部为T1yn2的泥岩 （软质岩） , 属下软上硬双层结构的岩质边坡。地形坡度一般在30°左右， 岩层倾角与边坡坡度角相近， 岩层沿坡面斜插河床， 河床宽约50 m.边坡的结构类型为层状顺向边坡。其物理地质现象主要表现为风化与卸荷作用。
边坡在地形上分为两部分， 靠上游侧边坡基岩裸露， 根据钻孔和现场的地质描述， 地层岩性为中厚层灰岩， 在坡面以下约30 m处有夹泥岩的夹层现象。上游边坡的坡脚长约375 m.靠下游侧边坡为崩塌体覆盖， 根据地质剖面， 覆盖层厚度约在6~19 m, 覆盖层下部岩层的岩性为T1yn2的灰岩夹泥岩， 下游边坡的坡脚长约250 m.
3.2.2 边坡的边界特征及影响因素
根据地形特征， 初步判定坡体的变形边界为边坡的两侧冲沟位置。控制边坡岩体稳定性和变形失稳破坏机理的主要因素有以下几方面： （1） 岩体结构特征； （2） 岩体应力； （3） 地下水条件； （4） 岩体 （包括不连续面和完整岩石） 的力学参数； （5） 地形地貌特征和边坡几何形状等。
3.2.3 边坡变形破坏模式及边坡分析成果
根据雷打坡边坡实际情况， 并结合国内类似顺层边坡发生的失稳破坏模式， 对边坡可能发生的失稳破坏模式进行分析， 该类边坡变形破坏模式主要有3种。 （1） 下部岩层被剪切破坏， 引起上部岩体产生顺层滑动。 （2） 由于上部岩体的挤压， 下部岩层产生隆起、拉裂形成溃屈破坏， 在溃屈破坏后， 边坡岩体将发生牵引式渐进滑移失稳。 （3） 侧向失稳。本工程对该边坡进行多种方法分析， 其主要成果如下：
1） 按规范， 本边坡被定义为4级边坡， 采用极限平衡法进行稳定性分析， 上游岩质边坡在各种工况下， 其稳定性满足规范要求， 只是富余度不是很大。下游崩塌体边坡在进行削方后， 在各种工况下， 其稳定性满足规范要求 （即不会发生顺层破坏） .基于欧拉理论板梁稳定计算公式， 上游和下游边坡 （清方压脚后） 均不会发生溃屈失稳。
2） 根据二维数值分析， 边坡变形主要发生在距离坡面较近的岩体周围， 并会朝临空方向变位。同时由于软弱层面和硬质结构面 （层面） 的存在， 使得各层之间的位移并不连续， 也反映出软弱夹层岩体边坡的差异变形特征。在坡脚、软弱层面和层面的周边及地形变化处， 出现较多的剪切应力集中区， 这些位置容易发生剪切破坏。在坡顶容易出现拉应力分布区， 在坡脚和坡度变化的位置也分布有少量的拉应力。剪切塑性屈服区位于坡脚及泥岩层面附近。在边坡顶部泥岩层面附近也产生了局部的拉伸屈服区， 拉伸屈服容易产生拉裂缝。这些表明边坡容易在结构面 （层面） 周围形成较大应力的剪切带， 并在坡脚位置累积剪切应变 （由上至下及由外向里累积） .
3） 根据三维数值分析， 从X方向位移云图来看 （垂直河流） , 位移最大的部分集中在泥岩层面以上， 位于边坡的中部且靠近两侧临空的坡面上， 其位移方向朝向河床， 最大值约1.5 cm, 并由两侧向中部贯通的趋势， 反映在坡体两侧 （腰部） 多面临空， 约束小， 位移较大。从Y方向位移云图来看， 位移最大的部分同样集中在泥岩层面以上， 在上下游均发生朝向临空方向位移 （上游坡体向上游位移， 下游坡体向下游位移） , 最大值约0.2 cm, 位于坡体高度1/3的位置， 靠近坡脚。
4） 对三维边坡进行强度折减法的安全系数分析， 稳定性系数为1.41.对比二维分析可以知道 （稳定性系数为1.27） , 边坡的三维效应突出 （三角形坡面较为稳定） .通过破坏时的位移分布表明， 边坡发生侧向失稳的可能性小于顺坡向失稳。即不容易产生侧向失稳， 但需注意局部裂隙导致的失稳。
4 处理措施
经初步分析， 雷打坡的岩质边坡斜插河床， 不会产生滑动破坏， 但其下游侧的崩塌堆积体在水库蓄水后将发生岩体失稳， 故采取以下工程措施进行处理：
1） 顶部削坡减载。即对崩塌体顶部进行开挖削坡减轻下滑荷载， 开挖高程从山顶开挖至879.00 m高程， 采用顺层开挖的方式， 开挖厚度约为25 m.然后对开挖后的边坡进行C20砼喷护及剖面绿化。
2） 堆石坡底压脚。将开挖出来的土石方堆填在山体坡脚处， 坡面用干砌石护面， 以提高坡体抗滑能力。
3） 加强边坡永久监测。
参考文献
[1]钱云鹏， 涂宏茂， 刘勤， 等。结构逆可靠度最可能失效点的改进搜索算法[J].工程力学， 2013 （1） :394-399.
[2]苏永华， 杨红波。基于代理模型的边坡稳定可靠度算法[J].应用力学学报， 2012 （6） :705-710.
[3]李健， 吴顺川， 高永涛， 等。基于Kriging与Closest Point融合算法的边坡岩土层界面拟合[J].北京科技大学学报， 2012 （5） :500-505.
[4]毕卫华， 谭晓慧， 王伟， 等。RBFN及SVM在边坡稳定可靠度分析中的应用[J].合肥工业大学学报 （自然科学版） , 2011 （7） :1035-0139.
[5]张永杰， 曹文贵， 赵明华， 等。岩溶区公路路基稳定性的区间模糊评判分析方法[J].岩土工程学报， 2011 （1） :38-44.
