某水電站壩前堆積體成因機制分析及穩定性評價

李 小 波， 吳 莉， 吉 華 偉

(1.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川交通職業技術學院，四川 成都 611130)

1 概 述

擬建某水電站壩型為混凝土雙曲拱壩，壩高201 m，正常蓄水位高程2 254 m，庫容8.5億m3，裝機容量2 400 MW。地質勘察顯示，距壩址上游約100 m存在一個堆積體，體積約1 500×104m3，其穩定與否直接影響電站樞紐布置方案的選擇及后期施工和運營。筆者從堆積體成因機制分析著手，分析并評價了該堆積體的穩定性。

2 堆積體基本特征

2.1 堆積體空間展布特征

該堆積體平面分布總體呈扇形，面積約500×104m2，前緣最低高程約2 160 m，枯水期高出江面約80 m，后緣最高高程約2 930 m，正常蓄水位高程2 254 m時水下淹沒最大高度為94 m。堆積體在地形上呈前陡后緩，中后部相對寬緩，坡度約為20°～25°，植被茂盛，前緣坡度較陡，約30°～45°，生長著少量灌木。堆積體前緣寬約750 m，縱向長約1 400 m。據勘探揭示其最大垂直厚度約60 m，總體方量約1 500×104m3。

2.2 堆積體物質的組成

據地表調查得知，該堆積體下伏基巖為燕山早期花崗閃長巖，堆積體主要為塊碎石土，局部為含碎礫石土，淺黃色，塊石、碎石、礫石母巖成份均為花崗閃長巖，次棱角狀，弱～強風化，細顆粒為花崗閃長巖全風化產物，膠結較緊密。顆分試驗成果表明，塊碎石土中粒徑大于60 mm粗顆粒含量達55%，2～60 mm中粒含量約為25%，2～0.075 mm細粒含量約為15%，小于0.075 mm粉粒含量較少，約占5%；在前緣基覆界線附近的含碎礫石土中粒徑大于60 mm的粗顆粒約占15%，2～60 mm中粒含量約為55%，2～0.075 mm細粒含量約為15%，小于0.075 mm粉粒含量約占15%。

3 堆積體成因機制分析

筆者從該堆積體地質歷史、地形地貌特征、物質組成等角度出發，結合現場調查發現的特征現象，對該堆積體的成因機制進行了分析。堆積體成因機制分析如下：①堆積體大致形成于晚更新世中期，玉龍山地區正處于末次冰期，具備形成冰川運動的時間條件；②堆積體后緣仍隱約可見古冰川運動通道遺留的“U”形谷地貌形態特征；③堆積體物質組成中的塊石、碎石母巖為花崗閃長巖，細顆粒為花崗閃長巖全風化產物，巖性單一，初步分析物質來源較近，因此，堆積體后方地貌形態特征與地層巖性相吻合；④堆積體中上部以塊石、碎石為主，次棱角狀，下部以角礫為主，細顆粒含量較高，粗細顆粒嵌合緊密，為冰水共同作用的產物；⑤前緣淺表層較差的層狀沉積特征和較弱的水流作用痕跡正是由于淺表部冰土混合物隨著冰的消融，土在水流作用下形成局部層狀結構；⑥堆積體基床多處發育有擦痕，正是曾經的冰川運動強大刨蝕作用的結果。綜上所述，筆者推測該堆積體屬我國西部地區末次冰期冰川運動遺留的冰磧堆積體。

4 堆積體穩定性分析

4.1 定性分析

據現場調查得知，該堆積體中后緣植被茂盛，無拉張裂縫，前緣部分未見隆脹變形，坡體中部也無橫張裂縫發育，地表排水較暢，堆積體地表沒有發現任何變形破壞跡象。同時，由于該堆積體形成于晚更新世中期(Q3)，為冰磧堆積體，顆粒之間嵌合較緊密，具有一定的膠結，故經綜合判斷認為該堆積體現狀穩定。

4.2 穩定性計算

計算參數的選取以室內強度試驗成果為基礎，結合工程類比、參數反演等綜合選取，所選擇的計算參數見表1。根據水電工程的特點，主要考慮天然、暴雨、地震、蓄水、蓄水+暴雨、蓄水+地震等六種工況。地震工況下壩址區50 a 10%的基巖水平峰值加速度峰值為164 gal。

表1 堆積體穩定性計算參數取值表

根據極限平衡原理，采用土質邊坡常用的簡化畢肖普法(Bishop法)及摩根斯坦-普賴斯法(M-P法)，選取堆積體的兩個代表性剖面進行穩定性計算。堆積體整體穩定計算以基覆界面作為底滑面，局部穩定計算采用圓弧滑面搜索潛在滑面，穩定計算成果見表2。

表2 堆積體穩定性系數計算成果表

穩定計算成果表明：①在六種計算工況下，整體穩定性系數均大于1.1，整體穩定性較好；②在蓄水+暴雨、蓄水+地震工況下，局部穩定系數大于1，小于1.05，堆積體局部穩定性處于臨界狀態。

5 結 語

通過上述對壩前堆積體成因機制分析及穩定性計算，可以得出以下結論：

(1)堆積體屬我國西部地區末次冰期冰川運動遺留的冰磧堆積體，形成于晚更新世中期。

(2)堆積體地表沒有發現任何變形破壞跡象，加之成因為冰磧堆積，壩前堆積體現狀穩定。

(3)穩定計算成果表明，堆積體整體穩定性較好，在蓄水+暴雨、蓄水+地震工況下，壩前堆積體局部穩定性處于臨界狀態。

(4)定性分析和定量計算分析結果表明，壩前堆積體整體穩定性較好，對樞紐布置方案選擇及后期施工和運營影響較小。

參考文獻：

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[4] 張倬元, 王士天, 王蘭生. 工程地質分析原理[M]. 北京: 地質出版社, 1994.

作者簡介:

李小波(1976-)，男，四川鄰水人，高級工程師，碩士，從事水電工程地質工作；吳 莉(1978-)，女，河南信陽人，副教授，碩士，從事公路橋梁專業的教學與科研工作；吉華偉(1980-)，男，河北藁城人，工程師，學士，從事水電工程地質工作.