瓊中抽水蓄能電站下水庫進(jìn)出水口邊坡穩(wěn)定性分析

羅波 李強(qiáng) 黃團(tuán)偉

中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司 湖南 長沙 410000

瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣，電站裝機(jī)3臺單機(jī)容量為200MW的混流可逆式水泵水輪發(fā)電電動機(jī)組，為二等大(2)型工程。可行性研究階段，在下水庫進(jìn)出口部位附近勘察過程中，揭露規(guī)模較大緩傾角斷層，將對進(jìn)出水口邊坡和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，分析下庫進(jìn)出水口邊坡在各類工況下的穩(wěn)定性以及處理方案，關(guān)系到電站施工期和運(yùn)行期的安全。

1 工程地質(zhì)概況

下水庫進(jìn)/出水口布置在距離大壩上游440m的右岸凹岸處，自然坡度29°，地表分布厚約5m的殘坡積粉砂質(zhì)黏土夾碎塊石，全、強(qiáng)風(fēng)化巖體下限埋深分別為10m～13m、15m～17m。F19、F20緩傾角斷層與洞軸大角度相交，順洞臉邊坡產(chǎn)出，F(xiàn)19斷層上盤影響帶寬達(dá)28m，巖體風(fēng)化深，完整性差[1]。

2 計算參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘察報告的試驗(yàn)成果，下水庫進(jìn)出水口地層主要分為第四系的殘坡積土及不同風(fēng)化程度的含礫砂巖，邊坡穩(wěn)定性計算時巖土體力學(xué)參數(shù)：

殘坡積土γ=19kN/m3γsat=20kN/m3、C天然=25kPa、φ天然=20°、C飽和=20kPa、φ飽和=18°；

全風(fēng)化砂巖γ=18.5kN/m3γsat=19.5kN/m3、C天然=28kPa、φ天然=24°、C飽和=23kPa、φ飽和=20°；

強(qiáng)風(fēng)化砂巖γ=25.6kN/m3γsat=25.9kN/m3、C天然=200kPa、φ天然=26°、C飽和=150kPa、φ飽和=24°；

斷層夾泥層：C天然=35kPa、φ天然=17°、C飽和=30kPa、φ飽和=15°[2]。

3 邊坡穩(wěn)定性計算分析方法的比較

條分法迄今已有80年的歷史了，計算方法已日趨完善。各種條分法的基本出發(fā)點(diǎn)都是一樣的，就是假定土體是理想塑性材料，把土條作為一個剛體，按極限平衡的原則進(jìn)行力的分析，完全不考慮土體本身的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。各種方法最大的不同之處僅僅在于相鄰?fù)翖l之間的內(nèi)力作何種假定，也就是如何增加已知條件使超靜定問題變成靜定問題。這些假定的物理意義是不一樣的，所能滿足的平衡條件也不相同。計算步驟有簡有繁，在使用時必須注意它們的適用場合[3]。

4 邊坡穩(wěn)定性計算分析

采用極限平衡方法對下水庫進(jìn)出水口邊坡不同工況（持久工況、短暫工況、偶然工況）條件下進(jìn)行整體及局部穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析，搜索最危險滑面及其安全系數(shù)，分析邊坡穩(wěn)定性及潛在滑移破壞模式。

4.1 計算剖面

在下水庫進(jìn)/出水口縱坡方向選取3個(5-5、6-6、7-7號)縱剖面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算，地層自上而下依次為第四系殘坡積層，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化含礫砂巖。邊坡內(nèi)F19、F20緩傾角斷層發(fā)育，斷層破碎帶寬度一般介于0.3～1m之間。

4.2 計算結(jié)果

（1）5-5剖面。由于下水庫縱剖面存在F19、F20兩條斷層，計算時斷層破碎帶的寬度取為0.5m。下水庫進(jìn)出水口邊坡5-5剖面在不同工況條件下的計算結(jié)果見表1。由5-5剖面的計算結(jié)果可以看出：不考慮斷層的影響時，搜索的最危險滑面位于其上部的強(qiáng)風(fēng)化含礫砂巖巖層中，三種工況條件下，由極限平衡法得到的邊坡的安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

考慮斷層F19對邊坡的影響時，沿著邊坡內(nèi)F19斷層破碎帶滑動的邊坡安全系數(shù)較低，各工況條件下邊坡的安全系數(shù)均不能滿足規(guī)范要求。由此可以看出：影響下水庫進(jìn)出水口邊坡穩(wěn)定性的控制性因素為邊坡內(nèi)發(fā)育的F19斷層破碎帶的力學(xué)特性。

（2）6-6、7-7剖面。由5-5剖面極限平衡穩(wěn)定性分析的結(jié)果可以看出，影響下水庫進(jìn)出水口邊坡穩(wěn)定性的控制性因素為F19斷層破碎帶，在進(jìn)行6-6、7-7剖面計算時僅計算考慮F19斷層時的邊坡穩(wěn)定性。下水庫進(jìn)出水口邊坡6-6、7-7剖面在不同工況條件下的計算結(jié)果見表1。由其6-6剖面的計算結(jié)果可以看出：斷層上覆巖層、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化砂巖厚度較小，三種工況條件下，極限平衡法得到邊坡安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，且有較大安全裕度。由7-7剖面的計算結(jié)果可以看出：考慮F19斷層對邊坡的影響時，各工況條件下邊坡坡的安全系數(shù)均不能滿足規(guī)范要求[4]。

表1 瓊中下庫進(jìn)/出水口邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果統(tǒng)計表

5 結(jié)束語

（1）下水庫進(jìn)出水口邊坡縱剖面縱坡的穩(wěn)定性主要受F19斷層破碎帶控制，其潛在可能的破壞模式為沿F19斷層產(chǎn)生剪切滑移破壞；其邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，需對其采取相應(yīng)的加固支護(hù)措施。（2）下水庫進(jìn)出水口邊坡各工況條件下穩(wěn)定性計算中，短暫工況條件下，由于水位驟降，巖土體中的孔隙水壓力不能及時消散而引起超孔隙水壓力，使得邊坡整體穩(wěn)定性降低，其安全系數(shù)最小；偶然工況條件下，校核洪水位高于蓄水水位，庫水壓力對坡腳產(chǎn)生一定的壓腳效應(yīng)，在一定條件下其計算安全系數(shù)出現(xiàn)較持久工況略高一些的現(xiàn)象。