洮河口排沙洞巖塞爆破口邊坡穩定分析

孫 政，許蘊寶，田作印，宋永軍

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春130021）

1 概況

劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣，距蘭州市約80 km。電站總庫容57.4×108m3，裝機容量1 390 MW。劉家峽水庫自1968年10月蓄水運用至1991年汛后，23年來全庫泥沙淤積量為14.69×108m3，剩余庫容42.71×108m3，庫容損失25.6%；有效庫容淤積 5.89×108m3，剩余有效庫容 36.1×108m3，損失14.0%，平均年損失率0.61%。

洮河系黃河一級支流，在距大壩上游1.5 km的右岸匯入黃河干流，其特點是水少沙多，據統計，其多年平均入庫沙量占總入庫沙量的31%。增建洮河口排沙洞是解決劉家峽電站壩前泥沙問題、保障電站安全運行和渡汛非常迫切的任務。

在建的洮河口排沙洞攔截入庫泥沙是劉家峽電站泥沙問題的一項十分緊迫的工程措施。主體工程排沙洞的進水口采用水下巖塞爆破方案。巖塞爆破口位于洮河出口，黃河左岸。

2 排沙洞進口洞臉邊坡地質概況

排沙洞設計高程1 665～1 675 m，洞徑10 m。進口洞臉邊坡為層狀斜向結構邊坡，巖層走向與坡向夾角近垂直，傾向下游，岸坡巖性為云母石英片巖，局部夾花崗巖脈或石英巖脈。坡頂1 733 m高程出露一條斷層F7。

斷層F7順坡發育，下游側寬度2～5 cm，上游側寬度小于1 cm，基本沿順坡裂隙追蹤發育。從下盤面擦痕判斷，先期為逆斷層，后有正錯跡象。其走向與巖塞口的軸線近垂直，走向：N46°W、傾向SW、傾角 57°，寬 2～5 cm，由碎裂巖組成，無斷層泥發育，斷面平直，下盤面見一組擦痕，向下游延伸穩定，向上游追蹤性裂隙延伸，有殲滅之趨勢，將岸坡切割成一三面臨空的三角體。

3 斷層F7三角體穩定分析

該三角體位于巖塞口的正上方，在巖塞口爆破過程中和巖塞口形成后，存在整體下滑或巖塞口上部巖體下滑的可能，一旦斷層切割的三角體下滑，將堵塞洞口影響排沙洞的正常運行。

3.1 斷層F7參數

參照試驗資料，結合工程現狀及規范經驗值，并通過反算分析法確定計算地質參數值，見表1。

表1 斷層的地質參數建議值表

3.2 穩定性分析

根據切割三角體的滑動類型及三角體的剖面形態，穩定性分析計算采用平面型滑面滑動分析，選擇以下3種工況：

工況一：自然狀態；

工況二：地震基本烈度工況（地震基本烈度為Ⅶ）；

工況三：最大人工地震工況（人工地震最大地震烈度為Ⅷ）。

平面型滑面滑動分析公式：（據DL/T 5337-2006《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程》）

式中：W——滑體的重力，kN；ci——滑面粘聚力，kPa；φ——滑面內摩擦角，°；L——滑面長度，m；α——坡角，°；β——結構面傾角，°；γ——滑體密度，kN·m-3；KH——地震系數，根據地震烈度確定。見表2。

表2 水平向地震系數設計烈度

將表2中不同工況條件下的基本參數代入公式，計算出不同工況條件下的斷層F7上盤穩定系數，見表3。

表3 計算結果表

由上述分析計算結果可知，在天然狀態下斷層F7沒有切穿岸坡時塊體比較穩定，切穿時塊體極不穩定，說明該斷層尚未切穿岸坡，亦沒有形成貫通的滑動面。但當斷層F7在地震基本烈度工況（基本烈度Ⅶ度）下，穩定系數僅為1.02，在最大人工地震工況（基本烈度Ⅷ度）下，穩定系數為0.90，不穩定。

4 結語

通過近3年排沙洞及巖塞段爆破開挖施工驗證，斷層F7切割的三角體沒有移動的跡象，說明天然狀態下及微震動的情況下是穩定的。但是當巖塞爆破時，巖塞口高程處的巖體被破壞處于臨空，加之強烈的爆破震動影響，穩定系數僅為0.90，不穩定，斷層F7切割的岸坡三角體有可能整體或巖塞口上方部位巖體失穩，有堵塞巖塞口，影響排沙洞正常運行的危險。

鑒于上述情況建議對斷層F7上盤三角體進行加固處理。

[1]崔冠英.水利工程地質（第3版）[M].北京∶中國水利水電出版社，2000.

[2]DL/T 5337-2006，水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程[S].