江坪河水電站溢洪洞洞室及出口邊坡穩(wěn)定性分析

黨 莉，程 壯，董艷華

（1.三峽大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

1 工程地質(zhì)條件

江坪河水電站位于湖北省鶴峰縣境內(nèi)，壩址位于澧水一級(jí)支流溇水上游，是溇水河梯級(jí)開發(fā)的“龍頭”水電站。右岸地下洞群依次布置導(dǎo)流洞、泄洪放空洞、1號(hào)溢洪洞、2號(hào)溢洪洞，隧洞軸線平行，洞室密集，所處區(qū)域斷層交錯(cuò)。本文選取1號(hào)溢洪洞作為研究對(duì)象，對(duì)其洞室及出口邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究，工程地質(zhì)概況如圖1所示。1號(hào)溢洪洞控制段底板位于層上， 通過的地層為層薄層鈣質(zhì)粉砂巖、板巖層中薄層泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)、白云質(zhì)灰?guī)r。

圖1 1號(hào)溢洪洞工程地質(zhì)概況

2 控制性斷層判別

依據(jù)斷層位置及開挖面頂部出露情況，洞室塊體局部穩(wěn)定性分析中將1號(hào)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(guān)鍵洞段進(jìn)行計(jì)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，F(xiàn)223斷層由于未在開挖面出露，且距溢洪洞較遠(yuǎn)，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(duì)洞室穩(wěn)定性影響較小，但對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大；對(duì)出口邊坡穩(wěn)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(fā)的[1]，它假定結(jié)構(gòu)面相切形成的塊體為四邊形，即由三組結(jié)構(gòu)面和開挖臨空面組成，僅考慮塊體的重力及結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)；結(jié)構(gòu)面貫穿研究區(qū)域，且在保持產(chǎn)狀不變的情況下可任意移動(dòng)；開挖斷面沿軸線方向恒定不變；每次參與組合的結(jié)構(gòu)面最多為三組[1-3]。關(guān)鍵塊體理論在地下洞室、邊坡巖體穩(wěn)定性分析中都得到了應(yīng)用[4-9]。

3.1 溢洪洞洞室塊體穩(wěn)定性分析

運(yùn)用Unwedge程序?qū)?號(hào)溢洪洞洞室進(jìn)行塊體穩(wěn)定性分析。根據(jù)溢洪洞洞段斷層出露情況，對(duì)控制性斷層進(jìn)行三三組合。斷層產(chǎn)狀及參數(shù)取值見表1。組合情況Ⅲ局部穩(wěn)定計(jì)算成果見圖2。

表1 可能塊體組合

圖2 1號(hào)溢洪洞組合Ⅲ局部穩(wěn)定計(jì)算成果

對(duì)溢0+460～溢0+490洞段和溢0+500～溢0+550洞段計(jì)算結(jié)果中，各組合的最小安全系數(shù)和對(duì)應(yīng)的塊體體積及位置進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

由表 1、2可知，溢 0+460～溢 0+490洞段，F(xiàn)203、 F213和 F53， F213、 F233和 F53兩種組合形成的部分塊體安全系數(shù)較小，且體積相對(duì)較大，為不穩(wěn)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(shù)較小、體積較大。

3.2 溢洪洞出口邊坡塊體穩(wěn)定性分析

采用赤平投影法進(jìn)行分析可知，F(xiàn)183和F193斷層交點(diǎn)落于坡面和開挖面之間，可能形成不穩(wěn)定塊體。F183和F193斷層分別與F243、 F405組合也可能形成不穩(wěn)定塊體?？赡苁Х€(wěn)塊體組合情況及相應(yīng)斷層產(chǎn)狀參數(shù)見表3。

表2 各組合洞室塊體最小安全系數(shù)及位置

表3 可能失穩(wěn)塊體組合及相應(yīng)斷層產(chǎn)狀

根據(jù)表3可能塊體組合及失穩(wěn)模式判斷結(jié)果，應(yīng)用楔體穩(wěn)定分析程序Swedge對(duì)可能形成的不穩(wěn)定塊體進(jìn)行分析，組合形成的楔形體滑落示意見圖3，穩(wěn)定分析成果見表4。

圖3 1號(hào)溢洪洞出口KD2楔形體滑落示意

表4 1號(hào)溢洪洞出口塊體穩(wěn)定性分析成果

由表4可知，1號(hào)溢洪洞出口塊體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求值1.15，由此可以判斷1號(hào)溢洪洞出口邊坡較穩(wěn)定。

4 結(jié)論與加固建議

對(duì)江坪河水電站1號(hào)溢洪洞及其出口邊坡的局部穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，在研究范圍內(nèi)，將斷層進(jìn)行分類，找出了對(duì)局部穩(wěn)定性影響較大的斷層，利用Unwedge和Swedge軟件對(duì)不利斷層組合進(jìn)行了局部穩(wěn)定性分析及出口邊坡穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明，1號(hào)溢洪洞溢0+460～溢0+490洞段、溢0+500～溢0+550存在不穩(wěn)定的塊體組合，安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定值，對(duì)于不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定地段的圍巖，應(yīng)及時(shí)支護(hù)。

由于巖體中結(jié)構(gòu)面方向的變化在一定程度上阻礙了塊體的滑動(dòng)，實(shí)際工程中塊體的滑動(dòng)路徑不會(huì)太長(zhǎng)，因此實(shí)際工程中洞室邊墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)要比計(jì)算值大些，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況，為防止碎裂巖體結(jié)構(gòu)面相互切割形成塊體，在穩(wěn)定性安全系數(shù)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(hù)，并加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索和系統(tǒng)錨桿加固，以使洞室邊墻抗滑安全系數(shù)能滿足規(guī)范要求。為了保證施工安全，建議進(jìn)行超前支護(hù)。

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