川西某水電站進水口下游側(cè)邊坡基于三維模型的穩(wěn)定分析

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(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，成都 610072)

川西某水電站進水口下游側(cè)邊坡基于三維模型的穩(wěn)定分析

閔勇章，凡亞，黃潤太，張安川

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，成都 610072)

本文基于三維數(shù)字建模技術(shù)及巖質(zhì)邊坡塊體穩(wěn)定性極限平衡分析方法，根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5353—2006)要求，采用Morgenstern—Price法進行二維穩(wěn)定性計算分析，以Geostudio 2007軟件，對川西某水電站進水口下游側(cè)邊坡進行塊體穩(wěn)定性分析及計算，重點在三維空間中定性分析結(jié)構(gòu)面的組合情況，判斷邊坡被多條結(jié)構(gòu)面切割后組成塊體的規(guī)模，分析各組合的三維效應(yīng)是否明顯。并根據(jù)計算成果，對現(xiàn)有支護措施進行驗證。

三維實體模型；穩(wěn)定性分析；結(jié)構(gòu)面空間組合模式

1 工程地質(zhì)條件

下頁表1為主要結(jié)構(gòu)面特征表。

表1 主要結(jié)構(gòu)面特征

邊坡巖體和結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)參數(shù)取值見表2～表3。

表2 邊坡巖體物理力學(xué)指標建議值

圖1為結(jié)構(gòu)面的赤平投影圖。

圖1 各組結(jié)構(gòu)面的赤平投影

表3 邊坡結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)指標建議值

結(jié)構(gòu)面空間組合模式有多種，圖1中各圓弧線的相交關(guān)系反映了結(jié)構(gòu)面的空間組合特征。從結(jié)構(gòu)面赤平投影圖可以看出，J5、J3、fj-12、fj-13結(jié)構(gòu)面均與邊坡坡面走向呈大角度相交，部分結(jié)構(gòu)面與坡面近于垂直，塊體不易沿這幾組結(jié)構(gòu)面滑動，但是這幾組結(jié)構(gòu)面極易對邊坡形成楔形切割(如J5與fj-12組合)，如果這幾組結(jié)構(gòu)面的交線較陡，并在坡體后緣有出露，則易形成楔形體滑移，是最危險的情況。

圖1中所示的L、M、N、O四點代表結(jié)構(gòu)面兩兩組合形成的交線，傾角均比坡面緩，但各結(jié)構(gòu)面與邊坡大角度相交，形成楔形切割態(tài)勢，將重點分析這幾組結(jié)構(gòu)面形成交線的延伸和出露情況。為了便于研究，表4列出了交線的基本特征值。

表4 主要結(jié)構(gòu)面交線的特征值

2 空間三維實體模型

根據(jù)下游側(cè)邊坡實測剖面及各組結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀特征，繪制三維實體模型。由于每組結(jié)構(gòu)面均分布有多條平行結(jié)構(gòu)面，為了便于得出各結(jié)構(gòu)面組合的最危險塊體，各組結(jié)構(gòu)面中選取對結(jié)構(gòu)最不利且具有代表性的一條。

a.組合模式一。結(jié)構(gòu)面J5和fj-12形成楔形切割，見圖2。

圖2 可能形成楔形體組合模式一

b.組合模式二。結(jié)構(gòu)面J5和J3形成楔形切割，如圖3所示。

圖3 可能形成楔形體組合模式二

c.組合模式三。結(jié)構(gòu)面J9和fj-12形成楔形切割，如圖4。

圖4 可能形成楔形體組合模式三

d.組合模式四。結(jié)構(gòu)面J9和J3形成楔形切割，如下頁圖5所示。

圖5 可能形成楔形體組合模式四

3 二維極限平衡計算

雖然上述幾種結(jié)構(gòu)面組合均易形成楔形切割，且延伸至坡頂，不易滑移，但考慮到有橫坡向的陡立結(jié)構(gòu)面J4作用，可能形成后緣切割面。故進行計算驗證。沿可能的滑移方向作一個輔助剖面，編號為4-4，走向為NE52°，新剖面的平面分布如圖6所示。各結(jié)構(gòu)面在4-4剖面上的投影分布，J4結(jié)構(gòu)面考慮地勘發(fā)現(xiàn)的最靠坡內(nèi)的一條。

圖6 各剖面的平面布置圖

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5353—2006)要求，采用Morgenstern—Price法進行二維穩(wěn)定性計算，軟件采用Geostudio 2007。計算結(jié)果見表5。

表5 結(jié)構(gòu)面組合形成塊體穩(wěn)定性

續(xù)表

4 結(jié) 語

a.繪制了邊坡三維實體開挖模型，直觀地了解結(jié)構(gòu)面空間分布和組合情況。對可能形成楔形體滑動的組合進行分析，結(jié)果表明多組合的楔形切割面均在坡面無出露，且延伸至坡頂，不易形成大范圍的整體滑移塊體。

b.分析了可能發(fā)生楔形切割的四種結(jié)構(gòu)面組合，交線傾角均較緩，在21°～27°之間，小于結(jié)構(gòu)面摩擦角，在無后緣切斷的前提下，天然狀態(tài)下能自穩(wěn)。

c.下游側(cè)坡大范圍滑塌破壞不太可能，但地勘表明該段邊坡巖體風(fēng)化及卸荷強烈，表層巖體塊裂、碎裂嚴重，局部穩(wěn)定性差，不排除降水、爆破等外力作用誘發(fā)邊坡滑塌的可能。建議采取適宜工程處理措施，控制J3、fj-12、J4、J5等主要結(jié)構(gòu)面的變形，增加邊坡安全儲備；同時加強后期變形監(jiān)測，以確保工程安全。因此，支護工作的重點是卸荷的表層巖體，現(xiàn)有支護方案足以滿足穩(wěn)定要求。

[1]GB 50287—2006 水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]呂杰堂.數(shù)字滑坡技術(shù)中的三維滑坡模型研究[D].北京:中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所, 2002.

[3]馮樹仁,豐定祥,葛修潤,等.邊坡穩(wěn)定性的三維極限平衡分析方法及應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報,1999,21(6): 657-661.

AnalysisofStabilityofOneHydropowerStationWaterIntakeDownstreamSideSlopeinWesternSichuanBasedonThree-dimensionalModel

MIN Yong-zhang, FAN Ya, HUANG Run-tai, ZHANG An-chuan

(ChengduEngineeringInstituteofHydroChinaConsultationGroup,Chengdu610072,China)

In the paper, Morgenstern—Price method is adopted as two-dimensional stability calculation method on the basis of three-dimensional digital modeling technology and rock side slope plot stability limit balance analysis method according to requirements of ‘Water Conservancy and Hydropower Project Side Slope Design Specifications’ (DL/T 5353—2006). Geostudio 2007 software is used for analyzing and calculating plot stability of one hydropower station water intake downstream side slope in Western Sichuan. Combination condition of structure face is qualitatively analyzed in three-dimensional space. The scale of the black is judged after the side slope is cut by multiple structure faces. Whether three-dimensional effects of all combinations are obvious or not is analyzed. Existing support measures are verified according to calculation achievements.

three-dimensional solid model; stability analysis; structural surface space combination mode

TU457

B

1673-8241(2014)08-0062-05