大崗山水電站工程邊坡穩(wěn)定性分析

黃 春 柯善軍

（中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都 610072）

大崗山水電站右岸工程邊坡于2009年5月3日、8月16日、9月1日在8處噴混凝土表層出現(xiàn)裂縫等明顯變形現(xiàn)象，其穩(wěn)定性直接影響樞紐建筑物及施工安全。本文對(duì)該工程邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，為設(shè)計(jì)施工提供依據(jù)。

1 工程概況

大崗山水電站工程的主要任務(wù)為發(fā)電，電站樞紐主要由混凝土雙曲拱壩、右岸泄洪洞和左岸引水發(fā)電建筑物等組成，壩頂高程1135.0m，最大壩高210.0m；右岸邊坡1255.0m，為纜機(jī)平臺(tái)，寬14m；后緣高程1347.0m，開挖坡高達(dá)420m。

右岸邊坡基巖巖性為灰白色、微紅色中粒黑云二長花崗巖（γ24-1），局部出露輝綠巖脈、花崗細(xì)晶巖脈有 β4、β97（f93）、β146、β168（f154）、β202（f191）、β203（f194）和 γL5，走向多近 SN，傾向坡里（NW或SW），傾角陡。斷層帶多沿輝綠巖脈發(fā)育，主要有三組，即近SN向、NNW向和NNE向，以陡傾角、傾向坡里為主，寬多在0.1～3m之間，由糜棱巖、角礫巖等組成，屬巖塊巖屑型、巖屑夾泥型或泥夾巖屑型。節(jié)理裂隙主要發(fā)育有5組，其中以NNW 向、N10°～30°W/SW∠65°～75°裂隙較為發(fā)育。

巖體卸荷作用主要沿已有中傾坡外的第⑤組裂隙(N0°～35°E/SE∠35°～50°)進(jìn)行。根據(jù)卸荷發(fā)育程度，可劃分出強(qiáng)、弱卸荷帶。

2 邊坡工程地質(zhì)條件

2.1 卸荷裂隙密集帶的發(fā)育特征及連通率

右岸卸荷裂隙密集帶主要追蹤第⑤組中傾坡外的裂隙，在距坡面約100m范圍的巖體中發(fā)育有多條張裂縫，主要可歸納概化為XL316-1和XL09-15 2條中等傾角卸荷裂隙密集帶（如圖1、圖2所示）。

圖1 XL316-1、XL09-15中等傾角卸荷裂隙密集帶剖面示意圖

圖2 XL316-1、XL09-15中等傾角卸荷裂隙密集帶1300m高程平面延伸示意圖

XL316-1具有以下特征：在空間上裂隙張開段與閉合段呈串珠狀分布；在傾向上裂隙傾角上陡下緩，即在1250m高程以下傾角變緩；在1250m高程以上以張裂為主，且貫通性較好；據(jù)PD323、PD323-2 平 洞 揭 示 ，LPⅠ ～LPⅢ 之 間1220m高程一帶XL316-1沿f208斷層發(fā)育，f208斷層為巖屑夾泥型-泥夾巖屑型；據(jù)f231斷層在PD308、PD314、6#公路隧洞及邊坡出露情況推測(cè)，LPⅣ至LPⅨ之間XL316-1與f231斷層相接，f231斷層屬巖塊巖屑型-巖屑夾泥型。

XL09-15具有以下特征：在空間上裂隙張開段與閉合段呈串珠狀分布；在傾向上裂隙傾角上陡下緩，即在1200m高程以下傾角變緩；發(fā)育于γL5細(xì)晶花崗巖脈下盤，在1200m高程以上以張裂為主，且貫通性較好，在1200m高程以下裂隙仍有張開，但貫通性相對(duì)較差。

根據(jù)平硐 PD321、PD322、PD321-1、PD322-1揭露，總體上XL316-1、XL09-15二條卸荷裂隙密集帶的連通率大致為0.6。

2.2 成因機(jī)制分析

右岸卸荷裂隙密集帶是在應(yīng)力調(diào)整和重力卸荷等綜合因素作用下，追蹤第⑤組中傾坡外的裂隙而形成的。XL09-15卸荷裂隙帶中擾動(dòng)的花崗巖粉末 TL 法測(cè)齡為（11.66±1.26）×104a。 說明在伴隨大渡河快速下切過程中，中等傾角卸荷裂隙密集帶形成于中更新世末。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊界條件

邊坡走向N25°～35°E，發(fā)育與岸坡走向小角度 斜 交 的 β5 （F1）、γL5、γL6、β169、β170、β202（f191）等巖脈，陡傾坡里，與中傾坡外的第⑤組裂隙及近EW向的第④組陡傾裂隙組合，構(gòu)成可能失穩(wěn)塊體，沿第⑤組裂隙可能產(chǎn)生滑移-拉裂變形。研究表明，以中傾坡外的f231、f208等軟弱結(jié)構(gòu)面及XL9-15、XL316-1、第⑤組裂隙等剛性結(jié)構(gòu)面為底滑面， 與傾向坡里的 β5（F1）、γL5、γL6等巖脈破碎帶為后緣切割面，和 β209、β219、β223等NWW向巖脈破碎帶、f202斷層、第④組裂隙為上游側(cè)切割面，所構(gòu)成的潛在不穩(wěn)定塊體控制右岸邊坡的穩(wěn)定。

3.2 穩(wěn)定性分析及計(jì)算

右岸邊坡總體坡向NE26°，設(shè)計(jì)開挖坡比為1：0.3～1：0.7。 坡體內(nèi)發(fā)育有 β5（F1）、γL5、γL6、β203、β202（f191）、β4（f174）、f208、f231、XL316-1、XL09-15等結(jié)構(gòu)面。

經(jīng)分析，影響邊坡整體穩(wěn)定的潛在不利組合主要有2個(gè)塊體，見表1。

表1 右岸邊坡整體穩(wěn)定控制結(jié)構(gòu)面組合

按照 《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL 5180-2003），大崗山水電站裝機(jī)容量260萬kW，工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型，對(duì)應(yīng)的主要水工建筑物級(jí)別為1級(jí)。根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5353-2006），所對(duì)應(yīng)的邊坡級(jí)別為A類Ⅰ級(jí)邊坡，由于邊坡位于壩頂以上，失穩(wěn)將直接危及建筑物安全，相應(yīng)的最小安全系數(shù)應(yīng)該取上限值，穩(wěn)定性分析的計(jì)算工況、荷載組合及安全標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算工況、荷載組合及安全標(biāo)準(zhǔn)

采用極限平衡法選擇右岸邊坡的LPⅠ～LPⅨ剖面， 對(duì)塊體① （β5 （F1）+XL316-1）、塊體②（γL5+XL09-15）進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。計(jì)算采用加拿大公司的GEO-SLOPE商業(yè)軟件的SLOPE/W模塊。計(jì)算成果表明：

1）天然狀況下，各剖面以 β5（F1）為后緣的塊體①穩(wěn)定性系數(shù)多為k＞1.2，其中LPⅣ、LPⅨ剖面 k 值較低，分別為 k=1.046、k=1.183；以 γL5 為后緣的塊體②，穩(wěn)定性系數(shù)均為k＞1.3，邊坡穩(wěn)定。

2）暴雨工況下，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低幅度約9%左右，塊體①、②穩(wěn)定性系數(shù)k值仍高于1.1，LPⅣ剖面塊體①穩(wěn)定性系數(shù)k值較低，僅為0.975，下游側(cè)LPⅨ剖面塊體①穩(wěn)定性系數(shù)k值略高于1.05，邊坡總體上基本穩(wěn)定。

3）地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，地震工況下塊體①、②降低幅度約在20%以上。塊體①穩(wěn)定性系數(shù)k值基本介于0.82～1.15，安全儲(chǔ)備較差，一旦遭遇地震，邊坡可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

4）開挖對(duì)邊坡穩(wěn)定性有一定影響，塊體①受影響程度相對(duì)塊體②更大，f231與XL316-1共同控制的LPⅣ～LPⅨ剖面開挖后穩(wěn)定性系數(shù)k值降低幅度最高達(dá)42%。工程邊坡穩(wěn)定性系數(shù) k值 LPⅠ～LPⅢ剖面為 k≈1.28～1.48，LPⅣ～LPⅨ剖面為 k≈0.77～0.97， 其中以 LPⅣ最低。

3.3 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

大崗山電站右岸巖質(zhì)邊坡中存在中傾坡外和陡傾坡內(nèi)的長大結(jié)構(gòu)面，構(gòu)成確定性的潛在不穩(wěn)定塊體。根據(jù)穩(wěn)定性地質(zhì)宏觀判斷以及極限平衡計(jì)算分析結(jié)果，上述潛在不穩(wěn)定塊體①在天然工況下，塊體①各剖面的安全系數(shù)多為k＞1.2；暴雨工況下，塊體①各剖面的安全系數(shù)k值多高于1.1，表明右岸邊坡在天然狀態(tài)和暴雨工況下總體上基本穩(wěn)定。在地震工況下，塊體①安全系數(shù)k值基本介于0.82～1.15，安全儲(chǔ)備較差，一旦遭遇地震，邊坡可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。開挖對(duì)邊坡穩(wěn)定性有一定影響，塊體①受影響程度相對(duì)塊體②更大。

4 結(jié)論

大崗山水電站右岸工程邊坡為A類Ⅰ級(jí)邊坡，地質(zhì)條件復(fù)雜，卸荷作用強(qiáng)烈。邊坡穩(wěn)定性受地震影響較大，開挖及暴雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性也有一定影響。建議邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)考慮卸荷裂隙密集帶對(duì)穩(wěn)定性的影響，并在施工開挖過程采取及時(shí)有效的加固處理措施。

[1] 四川省大渡河大崗山水電站可行性研究報(bào)告[R].成都:中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2006.

[2] DL 5180-2003水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] DL/T 5353-2006水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] DL/T5337-2006水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].

[5] 張咸恭，王思竟敬，張倬元.中國工程地質(zhì)學(xué)[M].北京科學(xué)出版社，2000.

[6] 崔政權(quán)，李寧.邊坡工程-理論與實(shí)踐最新進(jìn)展[M].北京中國水利水電出版社，1999.