楊房溝水電站特大型危巖WY19穩定性分析及防治研究

閆興田 ，段偉鋒，楊日昌，魏寶龍

(1.華東勘測設計院(福建)有限公司,福州，350003；2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州，311122；3.雅礱江流域水電開發有限公司，成都，610051)

引言

楊房溝水電站是雅礱江中游河段的第6級水電站，該電站開發任務為發電，總裝機容量1500MW。壩址區邊坡高陡，岸坡小斷層、節理裂隙發育，淺表層巖體局部完整性差，為危巖的發育提供了賦存條件，是危巖等地質災害發育的高發地段。

根據現場調查，右岸拱肩槽邊坡開挖線外共發育危巖2處，為Y2-6、WY19(見圖1)。其中WY19位于右岸拱肩槽邊坡上游側開挖線附近，緊鄰壩址區，方量約50000m3，屬特大型危巖體。該電站工程在大規模的邊坡爆破、開挖活動下，會對WY19危巖造成擾動，有可能誘發其失穩，直接威脅該水電工程的正常建設。

圖1 右岸拱肩槽邊坡開挖線外危巖體分布

危巖穩定性研究是危巖體研究的重要內容，是進行危巖防治方案設計的基礎[1-5]。研究分析邊坡危巖失穩模式，準確評價其穩定性，對于指導工程進一步設計與施工，以及保證邊坡工程在施工期間和運行期間的安全，具有重要的工程實際意義[6-12]。

1 危巖WY19賦存環境、邊界條件及失穩模式

1.1 危巖WY19賦存環境

危巖WY19位于右岸拱肩槽上游側邊坡，邊坡巖性為花崗閃長巖，弱風化，鑲嵌～次塊狀結構，巖體卸荷裂隙發育，局部張開。危巖分布高程為2008m～2105m，前緣陡峻，底部臨空，距離河床高差約39m，距離壩址約40m，緊鄰右岸拱肩槽工程邊坡。其中中后部邊坡坡度45°～60°，前部邊坡坡度75°～80°，邊坡走向為N65°W，凸型坡，底部局部掉塊后發育空腔。面貌見圖2。

圖2 危巖WY19面貌 (單位：m)

1.2 危巖WY19邊界條件

危巖WY19主要發育6組結構面：①斷層f22-1：產狀：N80°W，NE∠75°，寬1cm～3cm，帶內為碎塊巖、片狀巖，呈弱風化狀，面鐵錳質渲染，夾1mm～2mm巖屑及2mm～3mm鈣質；②斷層f16：EW，N∠45°～50°，寬20cm～30cm，帶內為片狀巖，呈強風化狀，面平直，見擦痕，下盤巖體破碎；③卸荷裂隙L13：N65°W，NE∠40°，面起伏粗糙，夾2cm～3cm巖屑，見鐵錳質渲染，地表張開20cm～30cm，延伸長30m～40m；④節理1：EW N∠65°～70°，部分張開0.5cm～1cm，面起伏粗糙，平行發育間距0.5m～1.0m；⑤節理2：N70°W，NE∠40°，微張，充填片狀巖、巖屑，面起伏粗糙，斷續延伸；⑥節理3：N45°W，NE∠75°，微張，面起伏粗糙，平行發育間距1.5m～2.5m。

受上述結構面切割組合影響形成的特大型危巖，巖體完整性差為主，局部較破碎，方量約50000m3，整體處于半切割～全切割狀態，穩定性差。

1.3 可能的失穩模式

危巖WY19傾向山外，斷層f22-1和節理③形成后緣拉裂面，斷層f16、節理②和卸荷裂隙L13形成底滑面，在重力和水壓力作用下，危巖WY19底部的巖橋可能沿著裂隙方向被拉斷，可能會形成滑移式破壞。

2 危巖體穩定性分析

2.1 定性分析

據已有研究，影響危巖穩定的主要因素包括巖體所處的地形坡度、控制性結構面的傾角大小、巖體切割狀態及結構面張開程度。

將影響危巖穩定性的因素逐一分析，并根據《水電工程危巖體工程地質勘測及防治規程》，危巖體地形陡峭，坡度40°～45°為主，結構面普遍張開，斷續充填泥質、巖屑，控制性結構面順坡向，傾角小于坡角，不利組合較完備，判別危巖WY19穩定性為差。

2.2 定量分析

2.2.1 計算模型

計算沿底滑面卸荷裂隙L13傾向選取3個計算剖面，剖面間距10m，其平面示意見圖3，計算剖面見圖4-圖6。

圖3 危巖WY19邊界條件平面示意

圖4 1-1剖面

圖5 2-2剖面

圖6 3-3剖面

根據已揭露的地質條件判斷，斷層f22-1、節理③和斷層f16組合形成不利塊體1；斷層f22-1、節理③和節理②組合形成不利塊體2；斷層f22-1、節理③和卸荷裂隙L13組合形成不利塊體3。

2.2.2 計算方法

塊體1、塊體2、塊體3失穩模式均為平面滑動破壞，采用二維剛體極限平衡法分別對塊體1、塊體2、塊體3進行穩定計算，分別計算處理前、開挖后、開挖且錨固后的塊體穩定性。

2.2.3 計算工況

穩定計算分處理前、開挖后、開挖且錨固后3個階段進行計算：

(1)持久工況(蓄水)：主要受自重作用、庫水作用；

(2)短暫工況(暴雨)：暴雨工況，主要受自重作用，此時結構面處于飽和狀態；

(3)偶然工況(地震)：遭遇地震情況，考慮蓄水工況加地震作用力。

2.2.4 計算結果

在對WY19特大型危巖處理前，塊體1、塊體2、塊體3穩定性分析如下：

處理前，塊體1、塊體2、塊體3穩定性計算結果如表1-表3所示。

表1 塊體1穩定性計算結果

表2 塊體2穩定性計算結果

表3 塊體3穩定性計算結果

計算結果表明，塊體1在各種工況下均滿足規范要求；塊體2在暴雨工況下不滿足規范要求；塊體3的穩定性比塊體1、塊體2較差，為控制性塊體，且1-1剖面為控制性剖面，塊體3在暴雨工況下不滿足規范要求。

3 危巖體防治措施及工程效果

3.1 防治措施

通過對楊房溝水電站右岸危巖WY19的穩定性分析，明確了其防治措施為局部開挖+系統錨固。首先對右岸WY19特大型危巖表層卸荷松動巖體及倒懸部分進行開挖，然后進行系統錨固處理。具體如下：

(1)自上而下清除坡面浮渣、松動開裂塊體；

(2)高程2078.00m～2010.00m分兩級邊坡進行開挖，坡比為1∶0.2，在高程2040.00m設置2.5m寬馬道；

(3)高程2081.00m～2021.00m布置13排2000kN錨索；

(4)高程2010.00m～2102.00m，對右岸拱肩槽邊坡上游開口線至右岸攔污漂固定墩上游側開挖邊線范圍內的開挖坡及自然坡進行系統噴錨。

3.2 效果評價

開挖后，由于塊體2、塊體3在暴雨工況下安全系數仍不滿足規范要求，經計算，為滿足規范要求，需在高程2081.00m～2021.00m布置13排2000kN預應力錨索。開挖且錨固后，塊體1、塊體2、塊體3穩定性計算結果如表4-表6所示。

表4 塊體1穩定性計算結果

表5 塊體2穩定性計算結果

表6 塊體3穩定性計算結果

復核計算表明，開挖且錨固后，塊體1在各工況下安全系數均滿足規范要求，且有較大安全余度；塊體2在各工況下安全系數均滿足規范要求，且有一定安全余度；塊體3在各工況下安全系數均滿足規范要求。

4 結論

(1)在開挖前，特大型危巖WY19的塊體1在各工況下安全系數均是滿足規范要求的，塊體2、塊體3在暴雨工況不滿足規范要求，需要采取措施。

(2)對特大型危巖WY19采取先清坡后系統錨固的防治措施，復核計算表明特大型危巖WY19各塊體均滿足穩定要求。

(3)危巖WY19的治理實踐表明該防治措施效果良好。