深溪溝水電站黃草坪座落體穩(wěn)定性分析

段 斌，陳 剛，張逢銀

(國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041)

1 工程背景

1.1 深溪溝水電站概況

深溪溝水電站位于大渡河漢源縣和甘洛縣接壤處，為大渡河干流調(diào)整規(guī)劃中的第十八級電站，是瀑布溝水電站的反調(diào)節(jié)電站。深溪溝水電站大壩最大壩高101m，水庫正常蓄水位660m，庫容0.32億m3。電站設(shè)計裝機容量660MW，設(shè)計年發(fā)電量32.4億kW·h，所發(fā)電量將和瀑布溝水電站一起送入四川電網(wǎng)。

1.2 黃草坪座落體地質(zhì)條件

黃草坪座落體位于深溪溝水電站壩址上游約800m的大渡河右岸(凸岸)。該段枯水期河水位高程621m。座落體谷坡總體走向NNE向，其上、下游側(cè)和內(nèi)部分別為三條小沖溝切割，溝內(nèi)有暫時性流水。座落體內(nèi)地貌形態(tài)與外圍周邊谷坡存在明顯差異，其后緣、側(cè)緣正常谷坡地形呈完整陡壁，坡度60°～70°，而座落體內(nèi)部地形相對較緩，一般坡度35°～45°。后緣高程830m，后緣地貌顯示清楚，前緣進入大渡河，形態(tài)似圈椅形。該座落體順河平面長550m，橫河平面寬250m，水平發(fā)育深度90～124m，體積大約500萬m3。

座落體下游區(qū)段表面分布有Ⅱ級階地堆積物，主要出露于座落體680m高程以下，殘留厚度3～5m，拔河高度近60m，組成階地的堆積物(漂卵石)成分較雜，由遠源的花崗巖、砂巖、玄武巖及近源的灰?guī)r、白云巖組成，粒徑一般為30～90mm，磨圓度較好，顆粒間為中、粗砂充填，結(jié)構(gòu)密實，局部分布有中、粗砂層透鏡體，層理結(jié)構(gòu)保存完整，結(jié)構(gòu)未遭到破壞。0～65.2m為座落體堆積物，65.2～69.0m為砂卵石層，座落體超覆在古河床沖積層(alQ33)上，其前緣與現(xiàn)代河床沖積物相接。

座落體部位出露地層為震旦系上統(tǒng)(Zbdn)燈影組厚層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，正常地層產(chǎn)狀為：N30°W/SW∠10°～30°，巖石致密堅硬，斷層、破碎帶不發(fā)育，結(jié)構(gòu)面主要為層面裂隙及陡傾切層的共軛“X”剪切節(jié)理。

據(jù)勘探平硐揭示，座落巖體中主要發(fā)育如下3組裂隙：

(1) N25°～30°E/NW∠35°～40°，主要為變位后的層面裂隙，較發(fā)育，延伸長，多閉合。而其外部巖層正常產(chǎn)狀為：N30°W/SW∠10°～30°；

(2) N20°～25°E/SE∠45°～55°，順坡中陡傾坡外，為卸荷拉張裂隙，延伸相對較長，張開寬大，一般5～30cm不等；

(3) N55°～60°E/NW∠45°～55°，相對不發(fā)育，延伸較短，個別長大裂隙地表張開較大。

HPD03勘探平硐揭露的座落體巖體結(jié)構(gòu)略有差異，主要結(jié)構(gòu)面：

(1)N20°～40°E/NW∠45°～55°；

(2)N15°-25°E/SE∠55°～65°；

(3) N40°W/SW∠30°～35°。

其中第一組主要為中傾坡外的錯動帶，第二組為中陡傾坡內(nèi)的密集裂隙，第三組為層面。

通過對座落體勘探平硐的現(xiàn)場調(diào)研，在剖面上可將座落體由表及里劃分為：①崩坡積帶、②座落帶、③松動帶、④壓剪帶、⑤影響帶、⑥正常巖體。

2 座落體穩(wěn)定性的定性分析

除前緣局部有小的崩滑產(chǎn)生外，黃草坪座落體目前整體穩(wěn)定性較好。這從以下的地質(zhì)地貌現(xiàn)象可以得到驗證：

(1)Ⅱ級階地堆積物結(jié)構(gòu)完好。在座落體中下部680m高程以下淺表層分布有Ⅱ級階地堆積物——漂卵石層，層理發(fā)育，具泥質(zhì)半膠結(jié)，分布面積較廣。從各處的露頭可見，層理保持完整，結(jié)構(gòu)未遭到破壞，這至少說明在沉積該層以來的地質(zhì)歷史時期這部分坡體沒有變形破壞的跡象。該階地與區(qū)域上其他階地比照，屬于上更新統(tǒng)(Q3末)地層，這充分說明了座落體堆積體在相當長的時期內(nèi)都是處于穩(wěn)定狀態(tài)的。

(2)沖溝深切、發(fā)育成熟。黃草坪座落體其上、下游兩側(cè)及內(nèi)部沖溝發(fā)育，大多呈“V”字型，切割深度10～30m不等，有暫時性流水，發(fā)育如此規(guī)模的深切溝谷，溝谷形態(tài)如此成熟，這也證明在溝道塑造階段，坡體堆積物未遭到整體破壞，座落體堆積物整體穩(wěn)定性仍然較好。

(3)地表無變形破壞跡象。野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，座落體后緣及坡體表面未見拉張裂縫，中下部坡體未見鼓脹變形，這也是坡體目前整體穩(wěn)定性較好的又一明證。

(4)排水通暢。座落體表面為階地堆積、坡殘積壤土夾塊碎石，該層透水性較差，不利于地表水的滲入，縱向深切沖溝發(fā)育，有利于降水的匯集排泄，減少了地表徑流對座落體堆積物的破壞；座落體堆積物多由破碎巖體組成，這些巖土體多呈架空狀，空隙連通性較好，有利于地下水的徑流與排泄，座落體體內(nèi)未見泉點出露，地下水埋深大，證明其多呈散狀片流的形式直接向大渡河排泄，進一步減少了對座落體物理力學性質(zhì)的弱化。

(5)方解石生長。座落體內(nèi)巖塊與巖塊間的松弛架空部位右方解石晶體生長，在HPD04號表現(xiàn)得尤為明顯，巖塊之間江湖都充填方解石晶體，產(chǎn)生膠結(jié)作用；且未見新生長充填的方解石晶體后期改造錯動。

此外，座落體所處的大渡河谷地現(xiàn)今仍處抬升階段，河流側(cè)蝕作用相對較弱，除洪水期外，一般情況下對右岸岸坡堆積體的破壞較小，有利于座落體前緣堆積物的穩(wěn)定。座落體區(qū)內(nèi)無第四紀活動斷裂的存在，而主要受到周圍地區(qū)主要構(gòu)造帶活動的影響，其最大影響烈度為Ⅶ度，鑒于黃草坪座落體歷史上曾遭遇過Ⅶ度地震烈度的影響而未破壞，說明其整體穩(wěn)定性是比較好的。

3 座落體穩(wěn)定性的定量計算

3.1 計算方法

黃草坪座落體邊坡是水電工程Ⅱ級邊坡，所處地理位置特殊，不僅應(yīng)分析蓄水前的穩(wěn)定性，更應(yīng)重點研究蓄水后的穩(wěn)定變化狀況。由于蓄水后環(huán)境地質(zhì)條件的改變會對座落體產(chǎn)生各種不利的效應(yīng)，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性的改變，同時由于產(chǎn)生滑動還與許多外部因素相聯(lián)系，如暴雨、地震、水位升降等。本次穩(wěn)定性計算采用規(guī)范推薦的不平衡推力傳遞系數(shù)法(也稱傳遞系數(shù)法)，同時輔助采用改進的畢肖普方法作計算校核。

3.2 計算工況

由于地下水的動水壓力、浮托力等的作用，在穩(wěn)定分析時必須對這些因素加以考慮并考慮它們的疊加效應(yīng)，故穩(wěn)定分析主要按以下工況考慮：

(1)基本組合(天然狀況)；

(2)一般組合1(天然狀況+特大暴雨)；

(3)一般組合2(天然狀況+地震)。

無雨或少雨，計算體按天然狀況考慮；持續(xù)降雨或暴雨，計算體按飽水狀態(tài)考慮。

3.3 計算剖面

根據(jù)黃草坪座落體變形破壞各分區(qū)的巖土體結(jié)構(gòu)特征、地形地貌特征和目前的變形破壞特征等，將黃草坪座落體橫Ⅰ-Ⅰ和橫Ⅱ-Ⅱ剖面作為各分區(qū)的代表性剖面進行穩(wěn)定性計算，其平面位置如圖1所示。

圖1 黃草坪座落體平面示意

3.4 計算參數(shù)

在工程地質(zhì)類比和現(xiàn)場考察所見地質(zhì)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，并結(jié)合已有的巖體物理力學試驗結(jié)果和巖體質(zhì)量指標類比，參照地質(zhì)分析反算的結(jié)果確定座落體穩(wěn)定性計算參數(shù)。由于座落體中壓剪帶由巖屑和塊徑大小不等的分離巖塊組成，巖屑多呈粗砂狀，并含少量巖粉，巖塊塊徑0.5～數(shù)10cm不等。根據(jù)座落體平硐內(nèi)的壓裂破碎帶現(xiàn)場大剪試驗結(jié)果表明，壓裂帶抗剪強度指標為：f′=0.81、c′=0.12～0.48MPa，f=0.65、c=0.11MPa。座落體的各計算剖面的巖體力學參數(shù)取值見表1。飽水條件下岸坡巖體的參數(shù)，考慮到座落體的特點，僅將內(nèi)聚力c值作0.75倍的折減，內(nèi)摩擦角保持不變。

根據(jù)四川省地震局批復(fù)的《大渡河深溪溝水電站工程場地地震安全性評價報告》，大渡河深溪溝水電站工程場地的地震基本烈度為Ⅶ度。考慮地震作用時，50年超越概率5%水平地震加速度為0.17g，50年超越概率10%水平地震加速度為0.127g。

表1 坡體縱剖面穩(wěn)定性計算參數(shù)取值

3.5 計算結(jié)果及分析

借助黃草坪座落體的地表踏勘資料、平硐資料以及鉆孔資料，經(jīng)詳細的分析研究，最后確定出如圖2、3所示的計算滑面。由于水庫蓄水后計算滑面受水庫蓄水影響較大，故考慮這兩個計算剖面蓄水后穩(wěn)定性系數(shù)的變化。

圖2 橫Ⅰ-Ⅰ剖面計算滑面條分示意

根據(jù)上述計算參數(shù)及條分圖，黃草坪座落體橫Ⅰ-Ⅰ、橫Ⅱ-Ⅱ剖面的計算滑面在各種工況條件下的穩(wěn)定性系數(shù)如表2所示。

圖3 橫Ⅱ-Ⅱ剖面計算滑面條分示意

計算工況計算剖面橫Ⅰ-ⅠBishop法不平衡推力法平均值橫Ⅱ-ⅡBishop法不平衡推力法平均值蓄水前基本組合1.501.501.501.131.161.15特殊組合11.361.371.371.051.091.07特殊組合21.391.411.401.071.111.09蓄水后基本組合1.531.501.521.191.201.20特殊組合11.301.301.301.041.081.06特殊組合21.421.411.421.111.141.13

從表2可以看出在蓄水前的天然狀況下，座落體沿剪切帶滑動的計算滑面處于穩(wěn)定狀態(tài)；蓄水后計算滑面穩(wěn)定性有所降低，但都處于穩(wěn)定狀態(tài)。

蓄水前的穩(wěn)定性計算結(jié)果表明：橫Ⅱ-Ⅱ剖面的計算滑面在一般組合+地震工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.09，滑體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在一般組合+特大暴雨工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.07，滑體仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；橫Ⅰ-Ⅰ剖面的計算滑面在一般組合+地震工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.40，滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在一般組合+特大暴雨工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.37，滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

蓄水后的穩(wěn)定性計算結(jié)果表明：橫Ⅱ-Ⅱ剖面的計算滑面在一般組合+地震工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.13，滑體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在一般組合+特大暴雨工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.06，滑面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；橫Ⅰ-Ⅰ剖面的計算滑面在一般組合+地震工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.41，滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在一般組合+特大暴雨工況時穩(wěn)定性系數(shù)為1.30，滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語及建議

通過對座落體穩(wěn)定性的定性分析與定量計算，可以得出以下幾點認識：

(1)黃草坪座落體長期以來整體穩(wěn)定性較好，表現(xiàn)在中下部坡面堆積的Ⅱ級階地堆積物砂礫石層理結(jié)構(gòu)未遭破壞、沖溝深切且發(fā)育成熟、地表無明顯的變形跡象以及排水通暢。

(2)穩(wěn)定性計算結(jié)果表明：座落體在天然狀況下，盡管蓄水后較蓄水前穩(wěn)定性有所降低，但均處于穩(wěn)定狀態(tài)到基本穩(wěn)定狀態(tài)；在特殊組合狀況下，蓄水前后橫Ⅱ-Ⅱ計算剖面穩(wěn)定性均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，橫Ⅰ-Ⅰ計算剖面均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)黃草坪座落體在電站修建及運營過程中，總體仍然是穩(wěn)定的，可能會出現(xiàn)局部掉塊和局部失穩(wěn)的現(xiàn)象，但對工程無大的影響。

(4)鑒于黃草坪座落體位置的特殊性，建議開展監(jiān)測工作，長期跟蹤其變形情況。

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