红梅水库左岸边坡抗滑稳定分析

周克发，杨汉海

（1.南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所，江苏 南京，210029；2.贵州水投水库管理有限责任公司，贵州 贵阳，550081）

1 工程概况

红梅水库位于云南省楚雄州姚安县城西南部弥兴镇红梅村委会境内的金沙江水系渔泡江源头红梅河上，距县城31 km，是一座以灌溉为主、兼顾防洪的中型水库。水库控制径流面积74.5 km2，重现期1 000 年校核洪水位1 997.91 m，重现期50 年设计洪水位1 997.13 m，正常蓄水位1 994.80 m，死水位1 978.70 m，总库容1 674.7万m3。枢纽主要水工建筑物包括大坝、溢洪道及右岸输水泄洪隧洞，主要水工建筑物级别为3 级。大坝为黏土心墙风化料壳坝，坝高48.8 m，坝顶高程1 998.80 m，坝顶长141.6 m，坝顶宽6.0 m，防浪墙高1.0 m。

2007年4月24日，开启左岸原输水导流泄洪隧洞闸门时，发现闸门开启后无水流出。地质灾害专家现场调查后初步分析，大坝左岸内侧山体滑坡导致位于滑坡区下部的原输水导流泄洪隧洞前段坍塌堵塞，该滑坡严重威胁着水库大坝的运行安全。滑坡左前缘已抵上游坝坡坡脚，滑坡平面上近似扇形，面积78 200 m2，体积275.26 万m3。初步判断该滑坡当时处于蠕动变形阶段，主要表现为滑坡后缘及两侧出现长约600 m 的弧形裂缝，缝宽0.2～1.8 m，裂缝可见深度0.1～1 m。各级政府及有关部门高度重视，组建了应急抢险指挥部，紧急启动了地质灾害防治预案，制定了抢险应急方案，及时对滑坡裂缝设置监测点进行监测。滑坡体地质勘察计算分析显示，当时滑坡体处于极限平衡～不稳定状态、蠕动变形阶段，若继续发展，将向滑动阶段发展，严重危及大坝和原输水导流泄洪隧洞安全。

2008 年3 月30 日，云南省水利厅、云南省发展和改革委员会以云水规计〔2008〕46号文《关于姚安县红梅水库除险加固工程初步设计报告的批复》批复了红梅水库除险加固工程初步设计，概算总投资3 988.30万元。除险加固工程建设内容主要包括新建大坝右岸输水泄洪隧洞、左岸边坡滑坡体治理、溢洪道扩建、大坝坝面整治及水土保持、水雨情测报设施和大坝安全监测设施建设等。

左岸边坡滑坡体规模为大型，对大坝工程的危害程度较严重，除险加固工程设计根据SL 386-2007《水利水电工程边坡设计规范》确定左岸边坡级别为3 级，采取修建地表排水沟、保留平洞作为辅助地下排水、削坡减载结合压脚（包括抛石压坝脚、山体削坡、削坡料回填）以及设置安全监测设施的综合治理措施，并封堵原输水导流泄洪隧洞，在施工期降低库水位；按地震设防烈度7 度（地震动峰值加速度为0.15g）进行边坡抗震设计。

2007年9月29日，红梅水库除险加固工程正式开工。2008年2月25日，左岸边坡滑坡体治理工程开始实施。2009 年9 月6 日，左岸边坡滑坡体治理工程完工，并于2010年1月28日通过验收。

2 除险加固后左岸边坡现状

滑坡体经过削坡开挖及抛石压脚处理后，左岸边坡分为5 个平台6 个坡段，每个平台上均设浇筑混凝土排水沟。抛石压脚平台高程1 965.00 m，高程1 965.00 m 以上利用削坡土料分层碾压回填，高程1 965.00 m 设宽6 m 平台，平台以上至反压回填高程1 982.40 m 的坡比约1∶1.8。滑坡体于高程2 010.00 m、2 020.00 m、2 030.00 m、2 040.00 m、2 050.00 m 各设一平台，平台间坡比1∶2.5，高程2 050.00 m 平台至坡顶坡比1∶2.0，高程2 010.00 m平台宽40～55 m，高程2 020.00 m、2 030.00 m、2 040.00 m、2 050.00 m 平台宽10～15 m。排水洞共设6条，洞身采用C20钢筋混凝土衬砌，钢筋保护层厚50 mm。除险加固后左岸边坡平面示意图见图1，2-2′断面剖面图见图2。

图1 左岸边坡平面示意图Fig.1 Plan map of the left slope

图2 左岸边坡2-2'断面剖面图Fig.2 Cross section 2-2′of the left slope

除险加固并经多年运行后，左岸边坡及大坝目前运行基本正常。已有监测资料表明，边坡上平洞衬砌后安装的各支位移计位移值小（在0.206 mm以内），位移过程无明显趋势变化；测斜仪位移测值较小，随深度变化也没有明显的突变点；观测地下水位的测压管水位稳定，水位变幅总体较小（在1.5 m以内）；各个排水洞排水流量较小，基本稳定在0.15 L/s以下。鉴于除险加固后左岸边坡工程未遇不利运行条件，建议加强强降雨、高库水位、地震等不利运行条件下的巡视检查、安全监测与管理，及时分析监测资料，发现问题及时处理，确保左岸边坡工程安全。

3 左岸边坡抗滑稳定计算

3.1 断面选取及分析方法

根据现状运行情况及规范要求，对除险加固后左岸边坡进行抗滑稳定复核。典型断面选取代表左岸边坡结构特征的2-2′断面。计算采用摩根斯坦-普赖斯法及任意最危险滑裂面、地勘揭露的滑动面进行分析，地震荷载按拟静力法确定。计算程序为中国水利水电科学研究院开发的STAB 稳定分析软件。根据水库运用具体情况及规范要求，主要分析正常运用条件、非常运用条件I、非常运用条件Ⅱ下左岸边坡的抗滑稳定性，具体计算工况见表2。

3.2 计算参数选取

3.2.1 除险加固前勘察计算选用的计算参数

2007 年6 月4 日，云南地质工程第二勘察院开始进行大坝左岸边坡滑坡体专项勘察，于2007年7月编制完成了滑坡体勘察报告。2007 年11 月，楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司（除险加固工程设计单位）依据左岸边坡滑坡体勘察报告，编制了红梅水库除险加固工程初步设计阶段工程地质勘察报告。在这两份勘察报告中，均采用分段传递稳定系数法进行了滑坡体抗滑稳定计算。根据地勘试验指标，滑坡体的滑体及滑带岩土天然容重、饱和容重分别取20.68 kN/m3和22.9 kN/m3，滑床土天然容重、饱和容重分别取23 kN/m3和24 kN/m3，并结合滑坡体实际发生工况下抗滑稳定反演计算得到的指标，选取了滑坡体岩土体抗剪强度计算指标。其中，云南地质工程第二勘察院选用的粘聚力为22.4 kPa（滑坡体后部）和20.8 kPa（滑坡体前部），内摩擦角为18.3°（滑坡体后部）和14.5°（滑坡体前部）；楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司选用的粘聚力为22.8 kPa（滑坡体后部）和25.7 kPa（滑坡体前部），内摩擦角为13.0°（滑坡体后部）和17.9°（滑坡体前部）。根据地勘钻孔揭露的地下水位线，可近似地认为滑坡体后部处于地下水位以上，滑坡体前部处于地下水位以下。计算滑动面均采用地勘钻孔揭露的实际滑动面。这两份勘察报告计算结果和结论基本一致。当时滑坡体在静力工况和7度（地震动峰值加速度值为0.15 g）地震作用工况下，滑坡体处于极限平衡～不稳定状态、蠕动变形阶段。

3.2.2 除险加固工程技施设计计算选用参数

2008年2月，楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司编制了除险加固工程技施设计阶段左岸边坡滑坡体治理工程施工技术要求文件。在该施工技术要求文件中，设计采用削坡开挖及抛石压脚等综合治理措施，并采用SL 386-2007《水利水电工程边坡设计规范》推荐的摩根斯顿-普赖斯法（改进方法1）进行滑坡稳定计算，计算软件采用中国水利水电科学研究院开发的STAB 稳定分析软件；计算滑动面采用具有软弱夹层的任意形状滑裂面。设计选用的滑坡体滑体及滑带岩土抗剪强度指标为：滑坡体地下水位以上部位粘聚力取25.7 kPa，内摩擦角取17.9°；滑坡体地下水位以下部位粘聚力取22.8 kPa，内摩擦角取13.0°。计算结果显示，经除险加固治理后，滑坡体在正常运用、非常运用条件I、非常运用条件Ⅱ（地震动峰值加速度值为0.15 g 的7 度地震工况）下的稳定安全系数均大于规范要求值，稳定安全满足规范要求。

3.2.3 除险加固后复核计算选用的计算参数

根据左岸边坡地勘资料，沿着地勘钻孔揭露的滑动面线，左岸边坡2-2′断面可简化为四个区：①滑体岩土（滑动面线以上部位的土体，含滑动带岩土）；②滑动面线以下部位的岩土（粉砂质泥岩、泥岩、粉砂质泥岩夹泥岩）；③回填区抛石及冲洪积层砂砾石；④回填区石渣料。计算简图参见图3。滑体岩土（含滑动带岩土）、滑动面线以下部位的岩土、回填区抛石及冲洪积层砂砾石、回填区石渣料的物理性质指标、力学参数见表1。由于没有动力强度指标，抗震稳定计算采用与静力稳定计算相同指标值。

表1 左岸边坡抗滑稳定分析选用的物理性质指标和力学参数Table 1 Physical-mechanical properties of the materials in calculation

图3 左岸边坡2-2'断面抗滑稳定计算简化图Fig.3 Simplified graph for the anti-sliding stability calculation for the cross section 2-2'in the left slope

3.3 地下水位分析

地下水位影响着左岸边坡的稳定性。目前，左岸边坡坡面通过坡面排水沟排水，滑坡体内部通过6 条排水洞排水，可起到减少坡面雨水入渗、降低地下水位的作用。稳定分析计算中，在高库水位以及遭遇降雨条件下的左岸边坡地下水位需要根据已有的库水位、测压管水位测值，并结合左岸边坡钻孔揭示的地下水位、排水设施以及地质情况综合确定。可能滑动面上的孔隙水压力在库水位快速降落期，由于滑坡体岩土为粘性土，根据规范采用近似方法确定，假设水位骤降后滑坡体内的孔隙水压力来不及消散，即与骤降前没有变化。

3.4 计算结果与分析

左岸边坡沿着最危险滑裂面和地勘揭露的滑动面的抗滑稳定计算成果见图4，其中，沿着最危险滑裂面的抗滑稳定安全系数见表2。可见，左岸边坡2-2′断面在正常运用、非常运用条件下的稳定安全系数均大于规范要求值，除险加固后左岸边坡稳定安全满足规范要求。

图4 左岸边坡2-2'断面抗滑稳定计算成果图Fig.4 Results from the anti-sliding stability calculation for the cross section 2-2'in the left slope

表2 左岸边坡抗滑稳定安全系数Table 2 Anti-sliding stability coefficients of the left slope

4 结论及建议

综上所述，左岸边坡经除险加固削坡减载和抛石压脚、设置排水设施和安全监测设施等措施后，目前左岸边坡及大坝运行状态正常。经抗滑稳定复核计算分析，现状左岸边坡抗滑稳定安全满足规范要求。鉴于削坡处理后的滑坡体尚未经历不利的运行条件，左岸边坡除险加固效果有待运行进一步考验，建议运行中加强降雨（特别是强降雨）、高库水位、库水位快速降落、地震等不利运行条件下的巡视检查、安全监测与管理，及时分析监测资料，保障大坝安全。