水電站邊坡滑面強度參數反演

章朝峰

摘要

該邊坡為大壩建設區安全、穩定性要求最高的邊坡，其整體穩定性直接影響到壩段的成立，對壩址的選擇具有決定性的影響。對該區域的地質、水文資料的觀測推測該邊坡整體上不穩定，在現有資料的分析基礎上，判斷該邊坡可能的破壞模式為覆蓋層內部的滑動和沿基覆界面的深層滑動。基于現場量測結果和邊坡安全系數的計算方法，對邊坡的土體力學強度參數進行安全參數反演分析。

關鍵詞水電站；邊坡穩定性；滑面強度參數；Bishop法；MogenshemPrice法；反演分析

中圖分類號S27文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）24-307-02

電站建設區內邊坡的穩定性問題對工程建設的可研起到舉足輕重的作用，并在很大程度上影響電站發電工程的經濟評價[1]。目前在巖石邊坡穩定性分析中廣泛采用的方法是數值分析法和剛體極限平衡法，無論哪種分析方法，其計算結果的精度很大程度上依賴于所選巖體的力學參數（C內聚力，φ內磨擦角）值的精確性[2-6]。在實際應用中根據土體的強度參數的反演結果對邊坡的穩定系數進行計算，計算結果表明反演結果接近實際情況，可以作為加固方案設計的依據。

1工程地質概況

筆者所述工程區位于NWW向的金沙江斷裂帶附近，地質構造復雜，NW-NNW向斷裂構造發育，NEE向斷裂構造較為發育，巖體變質較深、褶皺強烈，節理裂隙發育。區內巖性按其工程地質性質分為兩組上段為大理巖組，下段為片麻巖組。通過工程地質測繪和鉆探表明，區內的主要控制性斷層為斷層F1、F9-1及推測斷層F209，另外，中壩址左岸岸坡主要發育NE向、NNW向斷層，對邊坡穩定的影響很大。

2 參數反演分析

2.1參數反演思路及確定安全系數

筆者根據對邊坡的地質、水文進行分析，在現有資料的分析基礎上，利用Slide軟件對邊坡進行各工況下的剛體極限平衡法分析時，選用Bishop圓弧法計算發生在覆蓋層內部的滑動破壞。在天然工況與地震工況下，邊坡整體處于穩定狀態，對照DLT5353-2006《水電水利工程邊坡設計規范》，判斷邊坡的類別及等級，按通過搜索最危險滑面和接觸面滑帶來反演參數，剖面在最不利工況下處于極限平衡狀態，求得此時的參數即為滑帶所在的巖土層的抗剪力學參數的下限值。

現場調查表明，邊坡在自然狀態下整體穩定性較好，目前僅在邊坡前緣處見有明顯的變形跡象外，但未見有整體變形的跡象。另外，邊坡在遭遇1985年當地發生的6.4級地震時，也未發生過整體失穩，這說明邊坡在天然和地震工況下的安全系數有一定裕度。綜合上面的分析，按地震加速度0.05 g[7]，穩定系數在1.01～1.05之間對巖土體力學參數進行反演。

2.2反演條件

參數反演過程中，對邊坡進行反演。邊坡覆蓋層主要由Qde1+col構成，還有少量Qcol。

根據地質資料提供的邊坡的初始力學參數取值為巖體覆蓋層的φ值為27°；C值為54 kPa；天然容重為17.5 N/m3；飽和容重為18.0 N/m3。采用slide軟件中的Bishop法和Mogenstern-Price法，并結合工程經驗，依次對上述各剖面的力學參數進行反演[8]。

剖面模型如下，其中模型寬1 053 m，高875 m。

（1）Bishop圓弧法參數的反演。剖面邊坡反演Qde1+col參數，在地震工況下，得到以下計算結果：

依據表1的計算結果，作剖面滑帶安全系數k值與C值的關系曲線如圖2所示。

3 反演結果與分析

根據上面邊坡各剖面各滑帶參數反演所繪制的k-C關系曲線，可以得出不同φ值情況下所對應的C值，采用Bishop圓弧法反演的參數結果如表2所示。

采用Mogenstern-Price折線法反演各滑帶力學參數時發現，剖面反演結果顯示，該斷面發生接觸帶滑動破壞的可能性相比圓弧滑面破壞的可能性更高，此時參數建議取值C取55 kPa，φ取28.0°。與之相反的是，其他5個剖面反演的參數值均偏低，與提供的相關地質參數出入較大，超出合理范圍，故不予考慮。

以C值為準選取出各剖面各滑帶各工況下各組數值，然后將邊坡各剖面各滑帶各工況的參數反演結果匯總如下：

4 小結

綜合以上計算分析結果，比照類似工程物理力學參數（表1），最終選取在接觸帶滑動破壞模式[9]下剖面反演邊坡強度參數（C=54 kPa，φ=27.0°）作為邊坡覆蓋層的等效力學參數[10]，以此反映邊坡的物理性質較為科學、合理。

文章結合極限平衡理論采用Bishop圓弧法和Mogenstern-Price折線法對邊坡邊坡進行了參數敏感性分析和參數反演，確定了邊坡邊坡的穩定性計算參數，即邊坡覆蓋層C值取54 kPa，φ取27.0° 。

參考文獻

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