孟底溝水電站壩前左岸堆積體穩定性分析

2019-03-20 07:10:24王宇航梅稚平劉思丁

水電站設計 2019年1期

王宇航，梅稚平，劉思丁

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072)

1 概況

孟底溝水電站壩前左岸堆積體位于雅礱江中游左岸一級支流孟底溝溝口附近，該堆積體規模大，緊鄰大壩與電站進水口等水工建筑物，其穩定性將直接影響到大壩、進水口等建筑物的安全。因此，準確、可靠地分析可能的破壞方式與評價堆積體的穩定性，預測施工期和未來水庫運行期穩定性發展趨勢，具有重要的意義，同時也為水工樞紐布置、施工場地選址提供地質依據。

2 地質環境條件

堆積體地形完整性差，被多條沖溝切割，其中規模較大的有6條，有3條沖溝部分或全部切穿堆積體底界(見圖1)。前緣高程約2 160 m，后緣高程約2 930 m，前緣最寬處寬約750 m，縱向長約1 400 m，坡體剖面形態總體呈“陡-緩-陡”形態，后緣以外基巖斜坡坡度約35°～45°，向下在堆積體中后部相對寬緩，坡度約10°～20°，前緣坡度約30°～45°。再向下，堆積體前緣以外至孟底溝谷底是高約40～60 m的近直立基巖陡崖。

堆積體主要由冰磧堆積的塊碎礫石土(Q3gl)組成，厚60～70 m，結構較緊密，表層分布厚約10～20 m崩坡積塊碎石土(Q4col+dl)，結構松散。下伏基巖為燕山早期中?；◢忛W長巖(γδ52)。

堆積體附近的不良地質現象主要表現為巖體風化、卸荷、崩塌及泥石流等。堆積體附近無區域性斷裂通過，構造主要表現為小規模斷層及擠壓破碎帶。

3 堆積體結構特征

堆積體分布于2 200～2 950 m高程范圍內，據勘探揭示，最大垂直厚度約60 m，方量約1 500萬m3。堆積體顆分試驗成果見表1。

該堆積體在結構上具有以下特點：

(1)巨顆粒、粗顆粒物質之間大多表現出較好的相互“咬合”“嵌合”特點，未見明顯的架空現象。這種“咬合”或“嵌合”作用的存在，使得堆積體顆粒之間表現出較強的連接作用。

(2)除前緣基覆界限部位外，堆積體內細顆粒物質含量較低，除局部富集外，大多分散填充于粗顆粒、巨顆粒物質之間，因而在長期的固結作用下，常常與粗顆粒、巨顆粒物質一起構成了堆積體特殊的緊密結構特征，并且充填于粗顆粒、巨顆粒之間的細顆粒具有“黏結”作用，在長期固結壓力作用下使得巨顆粒、粗顆粒之間常常形成較好的膠結連接。

表1 堆積體顆粒分析試驗成果

4 變形失穩方式

堆積體除了被幾條地表水流切割的沖溝以外，整個堆積體上未見已有變形破壞跡象，說明該堆積體在天然狀態下整體穩定性較好，但在暴雨或地震作用下，堆積體有發生失穩的可能性，變形破壞模式有下面兩種。

(1)沿基覆界面整體滑移失穩。由于堆積體基覆界面相對較陡，基覆界面為堆積體中相對軟弱帶，在暴雨或地震作用下有可能沿基覆界面產生整體滑動，如圖2、3所示。

圖2 1-1堆積體結構及滑移模式示意

圖3 2-2堆積體結構及滑移模式示意

(2)堆積體內部滑移失穩。如果堆積體在暴雨或地震作用下，整體穩定性較好，不能沿基覆界線滑動，而前緣局部地形較陡，前緣局部土體有可能產生圓弧形滑動，如圖2、3所示。

5 穩定性分析

5.1 計算剖面及滑面選取

為更為準確地對堆積體的穩定性狀況作出合理評價，分別選取1-1剖面、2-2剖面作為利用極限平衡理論評價堆積體穩定性分析的代表性剖面。

5.2 物理力學參數取值

堆積體為含漂礫的粗顆粒土，顆粒之間嵌合緊密，有一定的膠結作用，尚未進行現場原位大剪試驗，室內大剪和大三軸試驗采用重塑土，并且剔除了粒徑大于6 cm的碎石，室內物試驗值較實際值偏低。因此，在穩定性計算中，堆積體的參數取值主要以室內試驗值的峰值強度為基礎，結合工程經驗類比以及相關研究成果進行綜合選取，見表2。

表2 堆積體物理力學參數取值

5.3 穩定性計算方法及工況

本次穩定性計算采用通用巖土體軟件GEOSLOPE，計算方法采用常用的瑞典條分法如Bishop法、Janbu法和M-P法進行，并對計算結果進行綜合分析。

根據堆積體在電站建設期間可能面臨的情況(暫不考慮蓄水后)，考慮以下三種工況。

工況1(持久工況)：天然狀態，該工況考慮的荷載主要有巖土體自重。

工況2(短暫工況)：自重+暴雨，該工況除考慮工況1的荷載外還包括因降雨引起的巖土體強度降低，暴雨工況中考慮冰磧堆積體底部3 m厚度飽水。

工況3(偶然工況)：自重+地震，該工況除考慮工況1的荷載外，還包括地震引起的水平推力。

計算過程中水平地震力按公式(1)計算：

Q=CiCzKhW

(1)

式中：Ci為重要性系數，對于該堆積體而言，取1.7；Cz為綜合影響系數，取0.25；Kh為地震峰值加速度，孟底溝水電站的Ⅶ度地震取值為0.164 g(g為重力加速度，9.8 m2/s)；W為滑塊重力。

5.4 邊坡等級及安全標準

根據《水電水利工程邊坡設計規范》(DL/T5353-2006)的標準進行邊坡類別和級別劃分(見表3)，邊坡安全穩定性系數見表4。

表3 水利水電工程邊坡類別和級別劃分

表4 水利水電工程邊坡設計安全系數

5.5 穩定性計算成果及評價

根據計算，各計算剖面在各工況條件下整體最危險破壞面特征如圖4、5所示，堆積體在各工況條件下的穩定性狀況如表5、6所示。

從穩定性計算結果表明：在各計算工況下，堆積體沿基覆及內部界面滑動的穩定性系數在1.075～1.418之間，2-2剖面在暴雨工況和Ⅶ度地震工況下，穩定性偏低；局部穩定性持續暴雨條件下，2-2剖面結果在1.02～1.04之間，安全儲備偏低；工況3條件下2-2剖面計算結果在0.955～0.979，穩定性較差。