巖質高邊坡結構面參數的敏感性分析

陳佳偉， 齊魯， 翟開源， 崔玉龍， 鄭洪春

(1.四川大學水電學院，四川成都 610065;2.中鐵二局機械筑路工程有限公司，四川成都 610031)

1 概述

在水利水電工程中，常常需要評價巖質高邊坡的穩定性。對于有控制性結構面的巖質邊坡，在穩定計算中合理選取結構面的參數尤為重要，將直接影響計算結果的準確性。筆者結合工程實例，定量分析了安全系數對結構面參數取值的敏感程度。

2 工程概況

在建的長河壩水電站位于四川省甘孜州境內大渡河上游金湯河口以下約5～7 km河段，大壩為礫石土心墻堆石壩，壩高240 m，裝機4臺，共260萬kW。水庫正常蓄水位高程1 690 m，總庫容約11億m3。壩址區右岸布置3條泄洪洞，洞口天然邊坡較陡。結合地質資料及現場情況，坡體主要發育有J4、J7、J6等長大結構面，其中緩傾角結構面J6和陡傾角結構面J4控制著邊坡的穩定性。

3 結構面參數敏感性分析

3.1 建立計算模型

選取沿3#泄洪洞軸線的縱剖面為研究對象，建立二維計算模型，如圖1所示。該剖面發育有兩條緩傾角平行結構面J6－1和J6－2，出露高程分別為1 730 m和1 815 m。如果結構面J4形成后緣切割面，結構面J6－1和J6－2形成底滑面，將可能發生滑移——拉裂式破壞，兩種滑動模式如圖2所示。

圖1 計算模型圖

圖2 兩種可能的滑動模式示意圖

3.2 粘聚力c對結果的影響

采用極限平衡法分析底滑面粘聚力c和摩擦角φ對安全系數的影響。先設定摩擦角φ=27°，再將粘聚力c值從60 kPa增加到110 kPa，計算結果如表1和圖3所示。結果表明，安全系數隨粘聚力的增加呈線性增大，二者的回歸方程為:

Fs1=0.001 3 c+1.274 2

Fs2=0.000 9 c+1.001 6

其中Fs1和Fs2代表兩種模式的安全系數。計算兩種模式的相關系數分別為R1=0.996 7，R2=0.999 8，均屬于極強相關。

3.3 摩擦角φ對結果的影響

表1 不同c值對應的安全系數表

圖3 粘聚力與安全系數關系圖

設定粘聚力c=80 kPa，將摩擦角φ值從25°增加到30°，計算結果如表2和圖4所示。結果表明，安全系數隨摩擦角的增加呈線性增大，二者的回歸方程為:

表2 不同φ值對應的安全系數表

Fs1=0.044 4 φ +0.184 6

Fs2=0.036 8 φ +0.084 7

其中Fs1和Fs2代表兩種模式的安全系數。計算兩種模式的相關系數分別為R1=0.999 3，R2=0.994 2，均屬于極強相關。

圖4 摩擦角與安全系數關系圖

4 結語

(1)對長河壩水電站泄洪洞邊坡主要結構的參數進行了敏感性分析，當粘聚力c從60 kPa增加到110 kPa，兩種模式的安全性是分別增大了0.069 和0.046，而摩擦角 φ 值從 25°增加到 30°，安全性分別增大0.221和0.187，結果表明:摩擦角φ對安全系數的影響大于粘聚力c的影響。

(2)考慮到通過試驗得到的c值的取值范圍一般比較大。建議計算時同時兼顧c、φ值的選取。

(3)對于有控制性結構面的巖質高邊坡，在參數敏感性分析的基礎上，還應進行參數反演，以期得到更為準確的結構面強度參數。