水庫建筑物進出口邊坡穩定性分析

羅媛

摘 要：水庫建筑物進出口距離大壩等水工建筑物較近，如果其邊坡處于失穩狀態則會極大地影響相鄰的主要水工建筑物，為此，要關注和重視對水庫建筑物進出口的近壩庫岸邊坡建設，結合梯級水庫群中近壩庫岸邊坡的設計施工工況特點，采用邊坡快速穩定分析方法反演邊坡受水位變化影響的安全性狀，解決水庫建筑進出口邊坡穩定性的關鍵性問題，確保水庫建筑物進出口邊坡的穩定性。

關鍵詞：水庫；邊坡；穩定性

中圖分類號：TV1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0078-02

1 引言

水庫建筑物進出口位于主要水工建筑物附近，其穩定性狀態對于鄰近的主要水工建筑物有極其關鍵的影響。重視對水庫建筑物進出口邊坡穩定性的分析，由于庫岸邊坡分布地域較廣且地質狀況復雜，如果采用傳統的穩定性分析則會因分析工作量巨大而出現與實際不相符合的問題，因此要切實考慮水庫的水位變化情況，采用快速、簡便可操作的水庫近壩庫岸邊坡穩定性分析方法，以較好地避免水庫建筑物進出口邊坡失穩而引發的庫水滿溢危及大壩的問題，實現水庫流域的正常調度。

2 水庫建筑物進出口邊坡安全穩定性評價標準

水庫建筑物是梯級水庫群中確保泄流、防洪的基礎設施，在現行的水庫建筑物進出口邊坡安全穩定性評價之中，大多是基于單庫單壩的單一安全系統條件下而建立的標準，為此，要考慮邊坡的風險因素，完善水庫建筑物進出口邊坡安全標準體系。

當前的水庫建筑物出口邊坡安全穩定性等級可以按照其所服務的樞紐工程等級、建筑物級別、邊坡位置、邊坡失穩的影響程度進行劃分，通常來說，失穩風險度較大、地質條件復雜的邊坡，其安全穩定性系數應當取上限值；邊坡出現變形但尚未失穩可以采用邊坡穩定最小安全系數標準的大值；尤其關鍵或有變形幅度要求的邊坡則要確定安全系數設計標準，要高于上限值。在正常的工況之下，水庫建筑物進出口邊坡的穩定安全系數取值應當在1.3～1.5的范疇之間。

在梯級水庫群之中，對于控制性高壩要采用超常規的特1級建筑物、特2級建筑物，并對應相關的邊坡安全穩定性指標。

3 工程實例分析

以某水庫為例，該水庫的壩址位于支流河域中的村莊附近，水庫控制流域面積為1915km2，洪水水位為275m，相應庫容為6.08×109m3，正常蓄水水位為254m，相應庫容為3.05×109m3，其泄洪洞的進口高程為206.7m，導流洞的進口高程為178.68m，水庫的地質巖石結構的上部為中寒武系的直立灰巖陡壁、下部為下寒武系頁巖，有極其明顯的泄洪洞、導流洞的進出口邊坡穩定性問題。為此，要分析水庫進出口邊坡的地質條件，分析邊坡的破壞模式，采用切實有效的邊坡穩定性分析方法進行評價。

3.1 邊坡巖體力學參數的選取

對水庫建筑物進出口邊坡的巖體開展野外巖體力學原位試驗，通常選取弱風化和微風化的巖體，以野外巖體力學的原位試驗參數取值為依據，利用精測線法開展對強風化巖體的節理裂隙測量和計算，在對巖體力學參數進行統計分析之下，假設天然邊坡處于穩定狀態的前提進行反算校正，確定如下邊坡巖體力學參數的綜合取值（見表1）。

3.2 邊坡巖體破壞模式

水庫邊坡的山體破壞有不同的模式，從上部山體巖體的破壞模式來看，由于山體上硬下軟及未來庫水的作用和影響，導致上部邊坡山體巖體出現傾倒破壞、座滑破壞和蠕滑拉裂破壞等現象。從兩洞進出口邊坡的破壞模式來看，其巖體大多為較差的Ⅳ類巖體，且呈現出層狀的碎裂結構，由于其進出口的邊坡處的巖體結構大多為陡傾角節理，因而其出現結構面組合滑動的破壞幾率較小，而大多是以弧狀剪切滑移的方式出現切層滑動破壞。

3.3 水庫建筑物進出口邊坡穩定性評價

在水庫建筑物的進出口邊坡變形現狀的考察和分析之下，可以采用定量分析方法，實現對進出口邊坡穩定性的評價和分析。

3.3.1 赤平極射投影分析

赤平極射投影分析是一種用于水庫建筑物進出口邊坡穩定性評價的定量分析方法，它可以借助于赤平極射投影圖，快速而準確地確定巖體中結構面、臨空面之間的夾角組合關系，了解巖體的具體結構，并通過巖體的強度參數判斷和分析邊坡結構面組合破壞的可能性。圖1即為水庫建筑物導流洞進口結構面的赤平極射投影分析圖。

圖1中，j代表結構面，小圓代表摩擦圓，結構面的內摩擦角為300，r1代表傾角為730時的邊坡，r2為傾角為530時的邊坡。對水庫兩洞進出口邊坡的赤平投影進行對比分析，可以對水庫的邊坡穩定性得出如下結論：兩洞出口邊坡沿結構面發生組合滑動的可能性不大；進口邊坡結構面出現組合滑動的幾率較小；當進口邊坡在730時，有可能會沿著N520W∠610的方向滑動；當進口邊坡的傾角為600時，則不會出現邊坡滑動的破壞現象；邊坡設計角不可過小。

3.3.2 剛體極限平衡分析

水庫的泄洪洞和導同的進出口邊坡的剖面形態、地質條件大體一致，為此，可以取三個具有典型意義的計算剖面，僅對導流洞進口左側的邊坡剖面進行穩定性分析。

無突出軟弱結構面的邊坡主要是表現為垂直裂縫加圓弧型的破壞模式，結合該水庫建筑物進出口邊坡巖體的結構特點，可以將該邊坡的破壞模式假設為垂直裂縫加圓弧形，并使之呈張開的狀態，粘聚力為0。基于這一假設性前提，采用窮舉法分析邊坡的各種不同工況并加以計算，并將其分為有震和無震的情況進行系數選取，如表2所示。

由表2可知，水庫進出口邊坡在不同工況下的穩定狀態良好，其穩定性系數均超過了1.5，沒有深層整體滑移的危險。

4 結論

總之，水庫建筑物進出口邊坡的穩定性分析要充分考慮其工程地質條件，對邊坡巖體進行工程地質劃分，了解其破壞的模式，并利用不同的分析方法進行穩定性計算和評價，以全面把握水庫建筑物進出口邊坡的狀態。

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