利用赤平投影分析評價大壩基礎(chǔ)邊坡穩(wěn)定性
——以富強水庫為例

劉 昊

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002)

技術(shù)論壇

利用赤平投影分析評價大壩基礎(chǔ)邊坡穩(wěn)定性
——以富強水庫為例

劉 昊

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002)

通過對壩址區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面的大量調(diào)查統(tǒng)計，篩選出具有代表性的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，并結(jié)合設(shè)計開挖坡面，以赤平投影圖解法為基礎(chǔ)，定性分析了壩基肩自然邊坡和開挖邊坡穩(wěn)定性。

坡比；設(shè)計開挖坡面；赤平投影；分析與評價；邊坡穩(wěn)定性

1 工程概述

擬建富強水庫隸屬道真縣，水庫總庫容367萬m3，正常蓄水位987.00m，壩型為混凝土重力壩，最大壩高48.0m，為一座小(1)型水庫。

2 壩址基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

壩址位于魚泉溝河段上，河流呈N43°E發(fā)育，總體較為順直，河床高程943.00-950.00m。左岸坡地形總體連續(xù)性好，僅在壩址部位形成向河床凸起的舌狀山體，地形綜合坡角為26°左右，其中在高程970.00-1000.00m段地形稍陡，坡角約40°，在970.00m以下及1000.00m以上則總體較平緩，為緩坡臺地，坡頂為渾圓狀山頭地形；右岸地形完整性較差，上下游分別發(fā)育有1#、2#沖溝，受沖溝切割，地形完整性較差，在壩址部位形成向河床凸起帶階梯狀土坎的脊?fàn)钌剑C合坡面坡角10-35o，多為緩坡斜坡地形。區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，產(chǎn)狀為N35-42°E/NW∠N37-42°，巖層總體傾左岸，且走向與河流流向近于一致，河谷為基本對稱的“V”型走向河谷結(jié)構(gòu)[1]。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)出露地層主要為三迭系下統(tǒng)飛仙關(guān)組 (T1f)及第四系(Q)。根據(jù)巖性、巖層組合及層厚的不同將飛仙關(guān)組分為T1f4-T1f7四層，并將其中的T1f6分為兩亞層(T1f6-1、T1f6-1)：地層巖性由老至新分述如下：

2.2.1 飛仙關(guān)組(T1f)

1)第四層(T1f4)：灰色、淺灰色中厚層灰?guī)r夾泥灰?guī)r，頂、底部均夾少量紫紅色泥巖，總厚度約40m；

2)第五層(T1f5)：褐紅、紫紅色粉砂質(zhì)、鈣質(zhì)泥巖，厚約67m，中部分別夾厚約1.9m和3m的兩層灰色薄至中厚層灰?guī)r。主要呈帶狀分布在壩址右岸坡，為右壩肩主要持力層；

3)第六層第一亞層(T1f6-1)：灰色薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r夾中厚層灰?guī)r，總厚約58m，主要分布于河床及左岸近河床岸坡，為壩基、左壩肩主要持力層；第二亞層(T1f6-2)：灰色、淺灰色中厚層灰?guī)r，厚度約122m，主要分布于左岸坡970.00m高程以上，為左壩肩主要持力層；

4)第七層(T1f7)：雜色、灰綠色泥頁巖間夾少量薄層灰?guī)r，厚18-21m。

2.2.2 第四系(Q)

河床內(nèi)為沖洪積(Qapl)砂卵礫石、塊石等覆蓋，厚2.5-4.5m；左岸近河床岸坡、緩坡臺地及右岸多為第四系殘坡積(Qedl)黏土夾碎石覆蓋，厚0.5-2.0m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址位于道真向斜南東冀，巖層單斜，且產(chǎn)狀變化不大，但受其褶皺影響，區(qū)內(nèi)裂隙較為發(fā)育，根據(jù)野外地表統(tǒng)計，主要發(fā)育3組裂隙：Ⅰ組：產(chǎn)狀為N40-45°E/SE∠41-45°；Ⅱ組產(chǎn)狀為N20-27°E/ SE∠40-50°；Ⅲ組產(chǎn)狀為N10-18°W/ NE∠53-60°。

3 壩基肩邊坡穩(wěn)定性

3.1 大壩左壩肩邊坡穩(wěn)定性分析與評價

左壩肩自然地形坡度26°-40°，除近河床緩坡臺地分布0.5-2.0m厚的覆蓋層外，其余岸坡基巖多出露。基巖為T1f6-1、T1f6-2薄至中厚灰?guī)r、泥灰?guī)r。巖層與邊坡走向夾角約3°，巖層傾左岸，為巖質(zhì)逆向坡結(jié)構(gòu)，巖層視傾坡內(nèi)，自然邊坡穩(wěn)定。重力壩軸線壩基(肩)開挖邊坡工程地質(zhì)剖面示意圖見圖1。

圖1 重力壩軸線壩基(肩)開挖邊坡工程地質(zhì)剖面示意圖

壩頂以上開挖邊坡:自然地形坡度約30°，地面高程900.50-1001.66m，設(shè)計開挖坡比為1∶0.3，坡角73.3°，壩肩開挖將形成高11.2m的邊坡。

壩頂以下開挖邊坡：開挖底部高程為942.5m，開挖頂部高程為990.50m，邊坡高48.0m，邊坡按970m、950m二級馬道開挖，970m高程以上設(shè)計開挖坡比為1∶0.9，坡角 48°；970-950m設(shè)計開挖坡比為1∶1.1，坡角 42°，950m高程以下設(shè)計開挖坡比為1∶2.4，坡角 23°(見圖1)。上、下游側(cè)設(shè)計開挖坡比為1∶0.75，坡角 53°。

將①(第Ⅰ組)、②(第Ⅱ組)、③(第Ⅲ組)三組代表裂隙、巖層層面及設(shè)計開挖坡面放在赤平投影中(見圖2)，通過赤平投影分析如下：

壩頂以上為巖質(zhì)逆向坡結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性較好，但三組裂隙交棱線傾向坡外，存在小范圍的不穩(wěn)定楔形體，開挖時應(yīng)采取及時的支護處理措施；壩頂以下為巖質(zhì)逆向坡結(jié)構(gòu)，三組裂隙交棱線傾向坡內(nèi)，總體邊坡穩(wěn)定性較好；上、下游側(cè)為巖質(zhì)橫向坡結(jié)構(gòu)，裂隙與層面交線均傾坡內(nèi)，整體邊坡穩(wěn)定性較好。

圖2 左壩肩壩頂以上、以下及上下游側(cè)邊坡赤平投影圖

3.2 大壩右壩肩邊坡穩(wěn)定性分析與評價

右壩肩自然地形坡度10°-35°，階梯狀土坎地帶分布0.5-2.0m厚的覆蓋層，基巖零星出露。基巖為T1f6-1薄至中厚灰?guī)r、泥灰?guī)r和T1f5粉砂質(zhì)、鈣質(zhì)泥巖間夾灰?guī)r。巖層與邊坡走向夾角約4°，巖層整體傾左岸，為巖質(zhì)順向坡結(jié)構(gòu)，自然邊坡坡角小于巖層傾角，自然邊坡穩(wěn)定。

壩頂以上開挖邊坡:自然地形坡度約23°，地面高程900.50-997.10m，設(shè)計開挖坡比為1∶1.2，坡角40°，壩肩開挖將形成高6.5m的邊坡[2]。

壩頂以下開挖邊坡：開挖底部高程為942.5m，開挖頂部高程為990.50m， 邊坡高48.0m，邊坡按975m、965m、950m三級馬道開挖，975m高程以上設(shè)計開挖坡比為1∶1.2，坡角 40°；975-965m設(shè)計開挖坡比為1∶1.7，坡角 30.5°，965-950m設(shè)計開挖坡比為1∶1.7，坡角 30.5°，950m高程以下設(shè)計開挖坡比為1∶1.2，坡角 40°(見圖1)。上、下游側(cè)設(shè)計開挖坡比為1∶0.75，坡角 53°。

將①(第Ⅰ組)、②(第Ⅱ組)、③(第Ⅲ組)三組代表裂隙、巖層層面及設(shè)計開挖坡面放在赤平投影中(見圖3)，通過赤平投影分析如下：

圖3 右壩肩壩頂以上、以下及上下游側(cè)邊坡赤平投影圖

右岸為順向坡結(jié)構(gòu)，邊坡順層開挖，壩頂以上、以下三組裂隙、巖層層面等交棱線均傾坡內(nèi)，邊坡穩(wěn)定性較好，施工過程中應(yīng)進行合理放坡開挖，并對邊坡進行相應(yīng)的臨時及永久支護處理，同時還應(yīng)對泥巖進行及時封閉保護處理；上、下游側(cè)為巖質(zhì)橫向坡結(jié)構(gòu)，裂隙與層面交線均傾坡內(nèi)，整體邊坡穩(wěn)定性較好。

3.3 大壩基坑邊坡穩(wěn)定性分析與評價

河床覆蓋層厚2.5-4.5m，壩基開挖至942.5-941.5m高程，上部為約4.5m高的覆蓋層邊坡，下部為T1f6-1薄至中厚灰?guī)r、泥灰?guī)r等基巖邊坡。設(shè)計開挖坡比為1∶1.2-1∶2，上部覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，邊坡穩(wěn)定性較差，應(yīng)進行合理放坡及護坡處理。下部為巖質(zhì)邊坡，其上下游側(cè)巖質(zhì)邊坡為橫向坡，與壩肩上下游側(cè)邊坡情況相似，其穩(wěn)定性分析與壩肩相同，邊坡穩(wěn)定性較好；左岸為為巖質(zhì)逆向坡，右岸為順向坡，在順向坡段應(yīng)進行合理放坡開挖，整體邊坡穩(wěn)定性較好。

4 結(jié) 語

在壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面的大量調(diào)查統(tǒng)計基礎(chǔ)上，篩選出具有代表性的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，結(jié)合設(shè)計開挖坡面，以赤平投影圖解法為基礎(chǔ)，可以定性分析大壩壩基肩自然邊坡和開挖邊坡穩(wěn)定性，同時還可以驗證壩基肩設(shè)計邊坡坡比是否趨于合理。

[1]張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，2009：27-31.

[2]李智毅，楊裕云.工程地質(zhì)概論.北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1994：45-56.

UsingStereographicProjectiontoAnalyzeandEvaluateStabilityofDamFoundationSlope——Taking the Fuqiang Reservoir as an Example

LIU Hao

(Zunyi Water Conservancy & Hydropower Investigation, Design and Research Institute, Zunyi 563002, China)

This paper screened the joints occurrence of rock mass with representativeness through a number of investigations and statistical analysis, combined with the design excavation slope surface, to conduct the qualitative analysis for the natural slope on dam abutment and stability of excavation slope based on the stereographic projection graphic method.

slope gradient; design excavation slope; stereographic projection; analysis and evaluation; slope stability

1007-7596(2017)10-0055-04

P641

B

2017-09-14

劉昊(1987-)，男，貴州遵義人，助理工程師，從事工作方向為水利水電工程地質(zhì)。