基于極限平衡法的西南某水電邊坡的穩(wěn)定性研究

黃宇

摘要：西南某水電邊坡發(fā)育有較多的擠壓破碎帶、片巖軟弱帶以及沿層面的石英脈，邊坡巖體較破碎，軟巖和硬巖呈互層分布。采用極限平衡法對(duì)邊坡開挖后現(xiàn)有支護(hù)條件下進(jìn)行了不同工況的穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明：邊坡只有在開挖不支護(hù)的工況下才處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其他不論是蓄水、降雨和地震工況，雖然穩(wěn)定性系數(shù)有所變化，但是邊坡整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1.引言

我國西南地區(qū)地處青藏高原東側(cè)，受青藏高原持續(xù)隆升的影響，在青藏高原、云貴高原和四川盆地之間形成了總體呈南北走向的地形坡降帶，地勢高差變化較大，水能資源尤為豐富。，構(gòu)成了我國大陸地形的從西向南急劇驟降的特點(diǎn)。水是邊坡失穩(wěn)的最活躍、最普遍的因素，同時(shí)也是最難確定和定量研究的因素。對(duì)于水電站邊坡而言，影響邊坡穩(wěn)定性的水環(huán)境因素主要表現(xiàn)在蓄水和庫水位變化或者兩者的最不利組合。傾倒變形破壞在我國的水電工程岸坡中比較常見，在通常情況下，傾倒變形不至于引起坡體的快速變形破壞，但如果不加以控制，仍然可能導(dǎo)致大范圍的裂隙發(fā)育巖體產(chǎn)生拉裂隙、崩塌等不同形式的破壞甚至深層滑坡。

2.邊坡工程地質(zhì)條件

邊坡地層由中侏羅系花開左組和白堊系景星組等地層組成，巖體由淺變質(zhì)薄層狀及板狀碎屑巖系組成，其巖石建造包括板巖、片巖、千枚巖及變質(zhì)石英砂巖等四類巖石。此外，邊坡發(fā)育有第四系覆蓋層，主要為崩坡積物、沖洪積物。

邊坡地層走向NNW、傾角近直立，總體產(chǎn)狀：N8°～12°W/NE（或SW）∠73°～90°。在北北西向構(gòu)造帶和近南北向構(gòu)造帶的影響下，水電站區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，主要地質(zhì)構(gòu)造有：斷層、層間擠壓破碎帶、片巖軟弱帶以及小型石英脈。斷層、層間擠壓破碎帶、片巖軟弱帶以及小型石英脈主要表現(xiàn)為順層北北西向擠壓性或者壓扭性。

3.邊坡支護(hù)方案描述

邊坡設(shè)計(jì)底面高程為1370m，開挖支護(hù)方法屬于邊開挖邊支護(hù)。分三種支護(hù)類型，A型支護(hù)、B型支護(hù)、C型支護(hù)，如

4.邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

4.1計(jì)算方法

對(duì)本邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算采用《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）所推薦的剛體極限平衡方法。剛體極限平衡方法以莫爾庫倫剪切破壞準(zhǔn)則為理論基礎(chǔ)，計(jì)算原理較為簡單、易于理解，是一種比較成熟的邊坡穩(wěn)定性分析的方法。本文穩(wěn)定性計(jì)算采用加拿大GEO-SLOPE國際有限公司開發(fā)的仿真數(shù)值模擬軟件GEO-S tudio對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

4.2計(jì)算剖面、參數(shù)和工況選取

根據(jù)資料，邊坡巖體主要為傾倒變形巖體，邊坡的前期研究資料表明邊坡變形的主要原因是巖體傾倒變形。選取邊坡一個(gè)剖面進(jìn)行極限平衡法穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算模型如圖2。

計(jì)算方法采用摩根斯坦-普萊斯（Morgenstern-Price）法、瑞典條分法、簡布（Janbu）法和畢肖普（Bishop）法四種方法。根據(jù)邊坡所處的環(huán)境條件，該邊坡開挖支護(hù)后將可能面臨四種狀態(tài)：天然狀態(tài)；暴雨；蓄水；地震，擬定5種工況對(duì)比分析：（1）開挖狀態(tài)；（2）：開挖+支護(hù)；（3）：開挖+支護(hù)+蓄水；（4）：開挖+支護(hù)+暴雨；（5）：開挖+支護(hù)+地震。根據(jù)之前的勘探資料：工程場址區(qū)50年超越概率10%的基巖地震動(dòng)峰值加速度為131.9gal，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。地震工況取131.9gal作為地震動(dòng)參數(shù)。本次極限平衡計(jì)算采用的計(jì)算參數(shù)取值見下表。

4.3計(jì)算結(jié)果

本次計(jì)算結(jié)果見下表3。根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/r5353-2006）規(guī)定，水電邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表4。

5.結(jié)論

過上述極限平衡理論的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)得到如下結(jié)論：

邊坡在工況l情況下穩(wěn)定性系數(shù)約為0.81，為不穩(wěn)定狀態(tài)；邊坡在工況2情況下穩(wěn)定性系數(shù)約為1.32，為穩(wěn)定狀態(tài)；邊坡在工況3情況下穩(wěn)定性系數(shù)約為1.24，為穩(wěn)定狀態(tài)；邊坡在工況4情況下穩(wěn)定性系數(shù)約為1.21，為穩(wěn)定狀態(tài)。