某水電站下游拉裂體邊坡穩定分析及支護設計

韓永 史鵬飛 劉品

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072;2.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州貴陽 550081; 3.貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550081)

0 引言

拉裂體是一類特殊的危巖體，具有明顯拉裂變形、節理松動、巖體架空特征，是我國西南峽谷地區工程建設所要面臨的一種復雜的工程地質和巖土工程問題［1］。該下游左岸拉裂體邊坡距壩體較遠，離消能區很近，如果消能區兩岸邊坡一旦失穩下滑，將對泄洪消能區的施工及運行造成嚴重影響。本文針對該拉裂體采用極限平衡法對其在各種工況下穩定性進行探討，根據規范相關要求，提出處理措施，以期為其他類似工程作借鑒。

1 工程概況

該拉裂體位于大壩下游，距壩軸線約240 m，前緣高程1 320 m～1 330 m，后緣高程約1 425 m，順河平均長約80 m，順坡長約140 m，最大厚度38 m，體積約21萬m3。地形上為一凸出的山脊，地表有厚度不大的崩坡積塊碎石土，基巖為P2β5-1輝斑玄武巖，少量 P2β41角礫熔巖。全強風化下限水平深度 0 m～10.5 m，弱風化上段下限77.5 m～84 m，弱風化下段下限43 m～105 m;強卸荷下限水平深度28.7 m～53 m，弱卸荷下限77 m～100 m。地下水不活躍。

拉裂縫十分發育，其內充填大量次生泥。在1 395 m～1 425 m高程之間，覆蓋層中發育有多條張裂隙，走向N60E，近直立，為后緣邊界。1 395 m高程以下發育有 fx904，總體產狀 N80°～85°E/SE∠12°，主要由壓碎巖組成，少量段為純次生泥，具有次生泥、壓碎巖和糜棱巖相間分布的特點。該錯動帶在出露段未見變形跡象，但它傾向坡外，可構成拉裂體底界，其地表出露高程約1 320 m～1 330 m。

該拉裂體平面位置見圖1，典型剖面見圖2。

2 穩定分析

2.1 計算工況

該拉裂體邊坡距壩體較遠，對大壩等水工建筑物的安全危害較小。其離消能區很近，如果消能區兩岸邊坡一旦失穩下滑，將影響消能區的正常運行，但考慮到消力池等消能設施具有一定的檢修條件，因此，根據DL 5180-2003水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準，將壩體下游側左岸拉裂體邊坡的穩定安全級別定為2級。即在持久工況(僅考慮邊坡自重)條件下，其穩定安全系數應該達到1.25～1.15;在短暫工況(持續雨水，結構面參數取飽和參數)下，其穩定安全系數應該達到1.15～1.05;如果在短暫工況(自然條件下遭遇地震)，其穩定安全系數應該達到1.05。如果未加支護處理時邊坡不能滿足這一要求，則應該進行邊坡支護，增強其穩定性。

圖1 剖面的平面位置

圖2 壩區橫Ⅺ工程地質剖面圖（典型剖面）

抗震設防類別定為丙類，抗震設計標準取基準期50年超越概率P50=0.1，則相應基巖地震水平峰值加速度為0.114g。

2.2 計算模型及參數

根據所計算的邊坡情況，拉裂體邊坡的穩定分析分為特定滑裂面穩定分析和在拉裂體內隨機搜索滑裂面的穩定分析。

計算采用水科院陳祖煜編“巖質邊坡穩定計算程序EMU”。計算采用的滑動模式為折線滑裂面，考慮到地質狀況，分析范圍主要包括Ⅴ類和Ⅳ類巖體，并以強風化強卸荷巖體為主要分析對象。分析采用的折線滑裂面是通過特定結構面組合而成的。

分析參數見表1，表2中采用拉裂體的典型剖面以及計算中的滑裂面位置見圖3，圖4，剖面的平面位置見圖1。

表1 巖體穩定計算參數

表2 壩體下游左岸拉裂體穩定分析模型

圖3 固定滑裂面示意圖

圖4 滑裂體內隨機搜索最危險滑裂面示意圖

2.3 穩定計算

穩定分析分別得出了采取支護措施前后邊坡三種工況下的安全系數。

根據上表所列參數，采用固定滑裂面和在拉裂體內隨機搜索最危險滑裂面兩種情況分析，并計算出處理前后的正常、飽和及地震工況下的安全系數，固定滑裂面的穩定安全系數計算結果如表3所示;在拉裂體內隨機搜索滑裂面的穩定安全系數計算結果如表4所示。

表3 固定滑裂面的穩定安全系數

表4 隨機搜索滑裂面的穩定安全系數

通過拉裂體典型剖面的計算成果可知，對固定滑裂面的穩定分析，其安全系數均大于《水電水利工程邊坡設計規范》［2］要求的二級邊坡安全系數;對拉裂體內隨機搜索最危險滑裂面的穩定分析，在飽和及地震工況下，其安全系數均小于《水電水利工程邊坡設計規范》要求的二級邊坡安全系數。并且這部分邊坡的坡度大，Ⅴ類巖體較深，致使Ⅴ類巖體邊坡穩定不能滿足要求，因此，對邊坡需采用預應力錨索進行錨固。考慮了錨索支護措施后，并使其達到《水電水利工程邊坡設計規范》要求的最小安全系數。設預應力錨索以間、排距均為5 m布置，剖面所需的預應力錨索見表4。錨索處理后的滑裂面示意圖見圖5。

圖5 錨索處理后的滑裂面示意圖

3 結語

本文采用數值計算，結合地質資料，對某水電站下游左岸拉裂體的穩定性進行了分析與支護設計。主要結論如下:

1)拉裂體最危險滑移模式一般為“沿后緣拉裂縫為后緣滑裂面，沿某不利結構面(或不利結構面組合)作為底滑面”的模式，但本文中拉裂體最危險滑移模式為“拉裂體界內隨機搜索”的滑裂面。

2)拉裂體邊坡在二維極限平衡分析中通過滑面搜索技術，在地震工況下邊坡的安全系數為1.018，需進行加固設計;錨索加固后計算安全系數為1.056，滿足規范要求。

3)依據《水電水利工程邊坡設計規范》，進行邊坡穩定及支護的設計，可為今后其他類似工程施工提供重要參考和借鑒。

［1］曹林曦.牙根水電站拉裂松動巖體穩定性研究［D］.成都:四川大學，2009.

［2］DL/T 5353-2006，水電水利工程邊坡設計規范［S］.

［3］DL/T 5176-2003，水電工程預應力錨固設計規范［S］.

［4］DL/T 5181-2003，水電水利工程錨噴支護施工規范［S］.

［5］趙長海.預應力錨固技術［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［6］趙明階，何光春.邊坡工程處治技術［M］.北京:人民交通出版社，2004.