阿壩州雙江口水電站左壩肩邊坡穩(wěn)定性分析方法

余 慶

(云南省煤田地質(zhì)局，云南昆明 650034)

雙江口水電站位于四川省阿壩州馬爾康縣與金川縣交界處的大渡河上游東源足木足河和西源綽斯甲河匯合口下游約2km處河段，上、下游分別與卜寺溝水電站、金川水電站銜接，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦22級方案的第5梯級電站。該電站為碎石土心墻堆石壩，左岸布置地下廠房引水發(fā)電系統(tǒng)，洞式溢洪道等主要泄水建筑物位于右岸。最大壩高314m，壩頂高程2510m，正常蓄水位2500m時，總庫容27.32億m3。電站裝機容量2000MW。

1 左岸壩肩邊坡基本地質(zhì)特征

壩址區(qū)左岸2250m～2275m高程強卸荷水平深度為4m～24.5m，弱卸荷水平深度為30m～50m；2400m高程附近強卸荷水平深度為5.3m～14.5m，弱卸荷水平深度為7.8m～39.5m；2500m高程附近強卸荷水平深度為0m，弱卸荷水平深度為1.2m；2580m高程附近強卸荷水平深度為0m，弱卸荷水平深度為24m。強卸荷帶和弱卸荷帶基本上分別與弱風化帶上段和下段相對應，主要沿中傾坡外的J1裂隙產(chǎn)生卸荷。

2 左岸壩肩邊坡邊坡穩(wěn)定條件

地表變形特征顯示，由于斜坡表面出露北西西～東西向中等～緩傾角結(jié)構(gòu)面，延伸長度一般超過10m，可構(gòu)成壩肩底滑面，平硐內(nèi)揭露中、陡傾坡外結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，故左壩肩的變形破壞模式基本為以中緩傾坡外結(jié)構(gòu)面為底滑面(或軟弱基座)，以中陡傾坡外結(jié)構(gòu)面為后緣拉裂面的蠕滑拉裂或滑移(壓致)拉裂；由于地表和平硐均揭露中等傾角結(jié)構(gòu)面在左岸非常發(fā)育，且傾角小于開挖坡角，故可能直接沿該結(jié)構(gòu)面剪出，對壩肩開挖不利。

在2580m高程的勘探平硐揭示上部存在小型拉裂體，前緣高程2650m，后緣高程2680m，方量300m3～400m3。該拉裂體主要受兩組結(jié)構(gòu)面控制，以向南傾向，傾角20°～40°為底滑面，N40°W/以北東向傾向，傾角40°～50°為后緣切割面的滑移(壓致)拉裂破壞，從地貌上該處為三面臨空，下游側(cè)結(jié)構(gòu)面較陡且轉(zhuǎn)向坡內(nèi)，岸坡有向下游的側(cè)旋轉(zhuǎn)式滑移拉裂跡象。而向南傾向，傾角20°～40°的結(jié)構(gòu)面貫通性較好，后緣呈上窄下寬張開，張開5cm～50cm，由于后緣切割面未完全貫通，目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，若岸坡開挖擾動，底滑面被揭露臨空，可能產(chǎn)生滑落。

圖1 左壩肩邊坡整體穩(wěn)定性計算剖面圖

另一勘探平洞硐口上方邊坡發(fā)育一條延伸長度大于70m的小斷層F31，產(chǎn)狀向南傾向，傾角30°～40°，斷面起伏，破碎帶寬度0.6m～0.9m，填充以碎裂巖、糜棱巖為主，局部架空，強風化，上盤巖體呈塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)；由于F31傾坡外偏下游，傾角小于自然坡角，目前雖未見變形破壞跡象，但壩肩開挖擾動，上盤巖體可能沿F31產(chǎn)生滑移剪出破壞。

3 左壩肩邊坡穩(wěn)定性評價

3.1 邊坡整體穩(wěn)定性評價

左岸堆石壩心墻沿軸線開挖高度約370mm～380m，開挖高程達2580m，心墻部位天然邊坡坡度35°～38°，局部76°。軸線上游側(cè)大多基巖裸露，下游側(cè)覆有10m～22m厚的松散崩積塊碎石。心墻部位開挖僅清除部分強卸荷巖體，壩殼部分只需清除表面覆蓋層，故左壩肩開挖對原始邊坡擾動不大。邊坡巖體中未見規(guī)模較大的斷層切割，僅發(fā)育少量小斷層及節(jié)理裂隙，巖體風化弱淺，邊坡整體穩(wěn)定。

3.2 邊坡局部穩(wěn)定性評價

3.2.1 赤平投影分析

左壩肩邊坡巖體中主要發(fā)育前述的J1等組裂隙及F31等小斷層，裂隙延伸長度一般>10m，裂面平直粗糙，相互切割可能構(gòu)成對邊坡穩(wěn)定不利的組合型式見圖2，交棱線AO的傾角為19°，傾角小于巖體結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角，塊體穩(wěn)定性較好。但F31與J1、J2、J3裂隙相互切割形成的塊體交棱線CO、BO、EO傾角為29°、33°、26°，J1、J3裂隙相互切割形成交棱線DO傾角為32°，其穩(wěn)定性較差，應加強錨固處理。淺表部巖體卸荷較強烈，心墻開挖線外圍自然邊坡穩(wěn)定主要受沿J1、J2組中-緩傾坡外裂隙卸荷作用影響，應對表部卸荷松動塊體予以清除。

圖2 左壩肩心墻開挖邊坡赤平投影圖

3.2.2 穩(wěn)定性計算

左岸壩肩邊坡由堅硬完整的黑云母鉀長花崗巖組成，巖體風化卸荷較淺，為進一步評價左壩肩邊坡的穩(wěn)定性，采用極限平衡法進行穩(wěn)定性分析計算，計算選用參數(shù)見表1。

表1 結(jié)構(gòu)面力學參數(shù)取值表

(1)左岸壩肩自然邊坡：左岸自然邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。從計算結(jié)果表2可以看出，左岸自然邊坡不同組合體在各工況下均能保持穩(wěn)定或基本穩(wěn)定。

表2 左壩肩自然邊坡穩(wěn)定性計算表

續(xù)上表

橫剖面組合滑面組合參數(shù)選擇不同工況下穩(wěn)定性系數(shù)Φ(°)C'(MPa)天然地震暴雨暴雨+地震備注橫Ⅱ1光壁N40～80°W/SW∠20～50°+SPD5-f133/19.3*0.10/0.051.611.501.441.33SPD5-f1位于SPD5平硐內(nèi)0～5m處2強卸荷底線330.101.631.491.461.333巖脈ρ3+SPD5-f135/19.30.15/0.051.481.351.321.20巖脈ρ3位于SPD5平硐內(nèi)21～24m4SPD21-f3+SPD21-f519.30.051.621.391.481.27SPD21-f3位于SPD21平硐內(nèi)81.4mSPD21-f5位于SPD21平硐內(nèi)23-28m5強卸荷線+SPD21-f533/19.30.10/0.051.821.631.641.47橫Ⅲ1強卸荷底線330.101.521.391.291.182f3119.30.051.351.221.231.053巖脈ρ2(SPD9)+ρ12(SPD7)350.151.451.321.281.16巖脈ρ2位于SPD9平硐內(nèi)6～9m巖脈ρ12位于SPD7平硐內(nèi)75～77m

* 注：“35/19.3”為兩個結(jié)構(gòu)面組合的參數(shù)表示，分子為前一組結(jié)構(gòu)面的參數(shù)，分母為后一組結(jié)構(gòu)面參數(shù)

(2)左岸壩肩工程邊坡：左岸工程邊坡穩(wěn)定性計算選取左壩軸線位置為計算斷面，自大壩建基面2202m高程起至2510m高程，左岸壩肩心墻及壩頂開挖邊坡總高度約為378m(壩頂以上開挖坡高約70m)，開挖坡比為1：1.25，計算剖面圖見圖1，工程邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果見表3。從計算結(jié)果可以看出，不同組合體在各種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 左壩肩工程邊坡穩(wěn)定性計算表

4 結(jié)論

綜上定性與計算分析結(jié)果表明，左岸壩肩邊坡無控制性規(guī)模較大的軟弱結(jié)構(gòu)面存在，自然邊坡和工程邊坡整體穩(wěn)定。局部不利結(jié)構(gòu)面組合塊體及壩頂上部邊坡存在小型拉裂巖塊和其它危石，穩(wěn)定性差，應進行錨固或清除處理。

5 開挖中應注意的地質(zhì)問題

大壩左壩基(肩)邊坡沿軸線最大開挖高度約360m～378m，邊坡巖體受風化卸荷作用，以Ⅲ、Ⅳ類巖體為主，局部存在不利組合塊體，左壩肩尚分布有較大范圍的覆蓋層，穩(wěn)定性差，在施工開挖時要嚴格按照自上而下邊開挖邊支護的原則進行，作好預裂爆破、控制好用藥量，避免造成巖體大的損傷；開挖后必須及時采取相應的工程處理措施。對邊坡開挖線以外上部局部覆蓋層視其對工程安全影響采取相應工程處理措施。

左岸壩肩開挖線以外自然邊坡較陡峻，雖整體穩(wěn)定，但由于風化卸荷作用和裂隙切割組合，分布有較多危巖體，在降雨、施工放炮震動等外動力因素作用下容易產(chǎn)生崩塌和掉塊，危及施工安全，應采取清除、加固或在關(guān)鍵區(qū)域設置有效的防擋措施。

大壩施工期間因人工開挖對邊坡的改造可能產(chǎn)生新的潛在不穩(wěn)定巖體的失穩(wěn)或開挖線附近表層覆蓋層沿基巖頂界面的滑動，需有預防處理措施。此外，左岸由于森林火災植被遭到破壞，在谷肩緩坡地帶殘留的坡殘積塊碎石土層在暴雨作用下有產(chǎn)生坡面泥石流的可能，施工期應加強監(jiān)視，采取相應預防處理措施。