江坪河水電站溢洪洞洞室及出口邊坡穩定性分析

黨 莉，程 壯，董艷華

（1.三峽大學 三峽庫區地質災害教育部重點實驗室，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學 水利與環境學院，湖北 宜昌 443002）

1 工程地質條件

江坪河水電站位于湖北省鶴峰縣境內，壩址位于澧水一級支流溇水上游，是溇水河梯級開發的“龍頭”水電站。右岸地下洞群依次布置導流洞、泄洪放空洞、1號溢洪洞、2號溢洪洞，隧洞軸線平行，洞室密集，所處區域斷層交錯。本文選取1號溢洪洞作為研究對象，對其洞室及出口邊坡的穩定性進行深入研究，工程地質概況如圖1所示。1號溢洪洞控制段底板位于層上， 通過的地層為層薄層鈣質粉砂巖、板巖層中薄層泥質白云巖、泥質、白云質灰巖。

圖1 1號溢洪洞工程地質概況

2 控制性斷層判別

依據斷層位置及開挖面頂部出露情況，洞室塊體局部穩定性分析中將1號溢洪洞中的溢0+460～溢0+490洞段和溢0+500～溢0+550洞段作為關鍵洞段進行計算研究。兩洞段圍巖類別為Ⅲ類和Ⅳ類，主要分布有 F203、 F213、 F233、 F53、 F243、 F81、 F183、 F193斷層，其中，F223斷層由于未在開挖面出露，且距溢洪洞較遠，暫不考慮；F405斷層出露在洞室頂部約10 m處，為近水平斷層，對洞室穩定性影響較小，但對邊坡穩定性影響較大；對出口邊坡穩定性有重大影響的斷層有 F183、 F243、 F193、 F405。

3 塊體極限平衡分析

塊體程序 （Unwedge、Swedge）是基于石根華塊體理論開發的[1]，它假定結構面相切形成的塊體為四邊形，即由三組結構面和開挖臨空面組成，僅考慮塊體的重力及結構面的力學性質；結構面貫穿研究區域，且在保持產狀不變的情況下可任意移動；開挖斷面沿軸線方向恒定不變；每次參與組合的結構面最多為三組[1-3]。關鍵塊體理論在地下洞室、邊坡巖體穩定性分析中都得到了應用[4-9]。

3.1 溢洪洞洞室塊體穩定性分析

運用Unwedge程序對1號溢洪洞洞室進行塊體穩定性分析。根據溢洪洞洞段斷層出露情況，對控制性斷層進行三三組合。斷層產狀及參數取值見表1。組合情況Ⅲ局部穩定計算成果見圖2。

表1 可能塊體組合

圖2 1號溢洪洞組合Ⅲ局部穩定計算成果

對溢0+460～溢0+490洞段和溢0+500～溢0+550洞段計算結果中，各組合的最小安全系數和對應的塊體體積及位置進行了統計，如表2所示。

由表 1、2可知，溢 0+460～溢 0+490洞段，F203、 F213和 F53， F213、 F233和 F53兩種組合形成的部分塊體安全系數較小，且體積相對較大，為不穩定的組合； 溢0+500～溢0+550洞段， F81、F183和F193組合形成的塊體安全系數較小、體積較大。

3.2 溢洪洞出口邊坡塊體穩定性分析

采用赤平投影法進行分析可知，F183和F193斷層交點落于坡面和開挖面之間，可能形成不穩定塊體。F183和F193斷層分別與F243、 F405組合也可能形成不穩定塊體。可能失穩塊體組合情況及相應斷層產狀參數見表3。

表2 各組合洞室塊體最小安全系數及位置

表3 可能失穩塊體組合及相應斷層產狀

根據表3可能塊體組合及失穩模式判斷結果，應用楔體穩定分析程序Swedge對可能形成的不穩定塊體進行分析，組合形成的楔形體滑落示意見圖3，穩定分析成果見表4。

圖3 1號溢洪洞出口KD2楔形體滑落示意

表4 1號溢洪洞出口塊體穩定性分析成果

由表4可知，1號溢洪洞出口塊體抗滑穩定安全系數均大于規范要求值1.15，由此可以判斷1號溢洪洞出口邊坡較穩定。

4 結論與加固建議

對江坪河水電站1號溢洪洞及其出口邊坡的局部穩定性進行了分析，在研究范圍內，將斷層進行分類，找出了對局部穩定性影響較大的斷層，利用Unwedge和Swedge軟件對不利斷層組合進行了局部穩定性分析及出口邊坡穩定性分析。結果表明，1號溢洪洞溢0+460～溢0+490洞段、溢0+500～溢0+550存在不穩定的塊體組合，安全系數小于規范規定值，對于不穩定和極不穩定地段的圍巖，應及時支護。

由于巖體中結構面方向的變化在一定程度上阻礙了塊體的滑動，實際工程中塊體的滑動路徑不會太長，因此實際工程中洞室邊墻抗滑穩定安全系數要比計算值大些，根據計算結果，結合現場勘測情況，為防止碎裂巖體結構面相互切割形成塊體，在穩定性安全系數較小部位，建議加大襯砌厚度，采用間距為0.5～1.0 m的鋼拱架支護，并加設預應力錨索和系統錨桿加固，以使洞室邊墻抗滑安全系數能滿足規范要求。為了保證施工安全，建議進行超前支護。

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