某水電站壩基抗滑模式研究

曹偉軒 賈建紅 朱振彪 葉浩 賀金明

摘 要：某水電站建壩巖體總體上由相對較差的軟弱巖體組成，大壩在庫水的推力、波浪壓力、揚壓力、泥沙壓力及地震力等綜合作用下，存在軟弱結構面滑移的可能。通過對壩基下剪切帶及裂隙空間分布、性狀、特征等研究，采用二維計算和三維圖解校核，得到最大連通率為29.3%，結合樞紐建筑物的布置、大壩結構型式，查明了壩基的抗滑穩定模式在不同的部位分別為單面滑動和雙面滑動，指出了最大可能滑移模式和處理建議，為壩基抗滑穩定設計提供了可靠的依據。

關鍵詞：深層抗滑；剪切帶；裂隙；三維圖解；連通率

1 工程簡介

某水電站位于長江中上游河段內，為低水頭徑流式電站，大壩采用混凝土重力壩，壩頂高程204m，最大壩高68m，壩頂總長度約2132m。正常蓄水位197m，死水位195m，總庫容13億m3，總裝機容量2030MW，工程等別為一等，工程規模為大（1）型。

2 基本地質條件

長江由SW向NE向流經壩區，河谷開闊，寬2km左右，至江心洲將長江分流為左、右兩支。江心洲呈梭形，順水流向長約4.1km，順壩軸線處寬約1.15km。江心洲高程為190～203m。

壩基地層主要為侏羅系上統遂寧組（J3S），總厚度471.1m。按巖性組合劃分為6段，其中第1、3、5段巖性為淺灰紫色中厚～厚層長石巖屑砂巖、鈣質石英砂巖、粉細砂巖夾粉砂及砂質粘土巖、粘土質粉砂巖；第2、4、6段巖性為紫紅色薄層粉砂質粘土巖、粘土質粉砂巖夾少量淺灰紫色中厚—厚層粉細砂巖、長石巖屑砂巖、鈣質石英砂巖。

3 壩基下結構面分布特征

3.1 壩基下剪切帶分布

通過數值模似分析，影響壩基抗滑穩定的剪切帶主要分布在壩基下30m范圍以內。通過勘察，船閘以右部位建基面下30m范圍內分布有29條剪切帶，對壩基抗滑穩定問題起控制作用的Ⅱ、Ⅲ類剪切帶有15條，其中有7條為Ⅲ類剪切帶，8條為Ⅱ類剪切帶；14條為Ⅰ類剪切帶。剪切帶順江延伸長度一般在40～380m之間，最短約26m；順壩軸線一般呈斷續發育，長一般為60～360m，累計長一般120～498m。

3.2 壩基巖體裂隙發育情況

（1）壩基下緩傾角裂隙：利用二維數值計算進行敏感性分析，搜索壩后巖體中最危險裂隙面的傾角得出反向40°左右的中傾角裂隙為壩體下游最不利結構面。從地表調查情況看，壩基緩傾角裂隙延伸短小，長度一般數米至十余米，多尖滅于層間剪切帶中，且呈閉合狀態。

鉆孔數字錄相顯示壩基巖體中發育有中、緩傾角裂隙。走向與壩軸線呈小角度相交的中、緩傾角裂隙分布不多，約占中、緩傾角裂隙的13.8%、15.0%。

（2）裂隙發育線密度：根據鉆孔數字錄像資料統計顯示，裂隙線密度約0.35～1.43條/m，從左岸到右岸裂隙發育密度趨于減少，主河道裂隙發育程度高于江心洲與右支汊河。

4 壩基抗滑穩定模式概化

建筑物區船閘以西壩基地層陡傾，壩基抗滑穩定問題不突出。船閘以東壩基巖層向下游微傾或平緩，層間剪切帶較發育，抗滑穩定問題較為突出，且主要是溢流壩段。

根據剪切帶發育與巖體結構面組合情況及受力條件分析，壩基抗滑破壞模式主要為深層滑動，包括單面滑移和雙面滑移兩種模式。

4.1 單滑面滑移模式

溢流壩段消力池長約80m，其后布置深入基巖的混凝土防淘墻及拋石防沖槽，防淘墻接至微新巖體，防淘墻底高程在136～151m之間，開挖深一般5.5～12.5m，最深18.5m。當壩體與防淘墻之間的建基面下存在順江延伸較長剪切帶時，溢流壩段在庫水推力作用下，沿剪切帶發生單面滑移，從防淘墻臨空處剪出。

左泄4號壩段3S501剪切帶在建基面下埋深0～11.5m；左泄5號壩段3S620剪切帶在建基面下埋深為3～10.5m；右泄2、3號壩段3S602剪切帶在建基面下埋深0～12.1m，右泄5、6壩段3S620剪切帶在建基面下埋深0～15.7m，這幾條剪切帶向下游均延伸到防淘墻側墻處，存在單面滑動條件。

4.2 雙面滑移模式

綜合壩基下剪切帶、壩后抗力體中的中、緩傾結構面的發育特征，將雙面滑動可概化為兩種平面滑移模式：剪切帶+巖橋+中、緩傾角結構面和剪切帶+巖體破壞面組合滑移型。

（1）剪切帶+巖橋+中、緩傾角結構面組合滑移模式

壩基下發育有緩傾的剪切帶，壩后抗力體中存在連通率不大的反傾上游緩傾角結構面，壩體將沿剪切帶及壩后的緩傾角結構面、巖體破壞面發生滑動，形成剪切帶+巖橋+中、緩傾結構面組合滑移模式。

溢流壩下巖層緩傾下游，左泄1-7號壩段建基面以下30m范圍內發育3S602、3S620、3S502、3S501、3S418、3S430等6條Ⅱ、Ⅲ剪切帶；右泄1號～6號壩段建基面以下30m范圍內共發育3S602、3S620、3S502、3S523、3S501、3S521等6條Ⅱ、Ⅲ剪切帶。

（2）剪切帶+巖體破壞面滑移模式

當壩基下發育有緩傾下游的剪切帶，但壩后的抗力巖體中無中、緩傾角結構面發育時，可構成剪切帶+巖體破壞面滑移模式。滑動破壞受到下游巖體的抵抗，只有剪斷下游巖體后，才能產生滑移破壞。壩體下游抗力巖體由遂寧組第5段長石巖屑砂巖夾粉砂質粘土巖、第6段粉砂質粘土巖、粘土質粉砂巖夾少量長石巖屑砂巖組成，部分為微新巖體、部分為弱至強風化巖體。

4.3 最大可能滑移模式及處理措施

把所有與滑移模式有關的結構面做成三維分析圖，按不同的壩段、不同的工況進行模擬計算，結果顯示剪切帶+巖橋+中、緩傾角結構面組合滑移為最有可能滑移模式，根據剪切帶及中緩傾角裂隙分布高程、規模，結合葛洲壩等工程實踐，建議采用齒槽混凝土置換措施，計算校核處理后在各種工況下運行，大壩是安全的。

5 結語

壩基巖體為軟硬相間的紅層碎屑巖類，無規模大的斷層分布，無較長大的破碎帶穿過壩基，通過詳細的特殊勘察，查清了裂隙、剪切帶發育規模和分布，經綜合分析，最大可能的滑移模式為：剪切帶+巖橋+中、緩傾角結構面組合滑移模式；滑移模式及剪切帶的分布高程清楚，工程所在地施工條件好，建議不同的壩段、不同部位采用齒槽混凝土置換措施處理，結構面的連通率按30%考慮是可行的。

參考文獻

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