深溪溝水電站飛水崖堆積體穩(wěn)定計(jì)算及分析

許繼剛，王勇飛

(1.國電大渡河深溪溝水電有限公司，四川漢源 625300;2.國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川成都 610041)

1 概述

深溪溝水電站飛水崖堆積體位于深溪溝溝口對面的大渡河右岸(凸岸)谷坡680 m高程以上，距離壩軸線下游約300 m。堆積體總體上呈扇形分布，向河谷方向展開，上、下游邊界為兩條沖溝。兩沖溝呈“人”字形在后緣同源，上接飛水崖溝，該溝延伸數(shù)千米，溝向大體垂直大渡河，雨季匯水于飛水崖。飛水崖堆積體內(nèi)沖溝不發(fā)育，坡面地形完整，其坡面從前緣至后緣呈緩、陡、緩態(tài)勢，總體地形坡度為35°～45°，前緣高程680 m左右，前緣以下臨河為基巖陡壁，堆積體中部760～820 m高程左右為一高60余m的覆蓋層陡壁，堆積體后緣高程約900 m，該高程以上為陡緩交替的巖質(zhì)岸坡。據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆孔揭示，該堆積體平面面積約7.5萬m2，鉛直厚度為50～80 m，最厚可達(dá)139～150 m，估計(jì)總方量約500～600萬m3，見圖1和圖2。堆積體物質(zhì)以塊碎石土為主，其下部周界區(qū)域基巖頂部分布有沖積成因的含漂卵礫石層，厚度一般為3～5 m。鉆孔揭示，多數(shù)鉆孔基覆界線附近分布有一薄層卵礫石層，因此坡體覆蓋層具有以塊碎石土為主體，底部分布有卵礫石層的二元結(jié)構(gòu)。塊碎石土成分主要為近源的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、砂巖，呈強(qiáng)～弱風(fēng)化狀態(tài)，物性試驗(yàn)成果分析，該層小于5 mm粒徑平均含量為52.02%，＜0.075 mm 粒徑平均含量為 23.04%，粘粒平均含量為6.05%。塊碎石土結(jié)構(gòu)密實(shí)、均一，表層因鈣華呈鈣泥質(zhì)半膠結(jié)狀態(tài)。

2 飛水崖堆積體成因分析

圖1 飛水崖堆積體地貌形態(tài)圖

圖2 飛水崖堆積體橫剖面圖

2.1 地形地貌成因分析

基于堆積體結(jié)構(gòu)、地形地貌條件、基巖頂面形態(tài)分析認(rèn)為，飛水崖堆積體為一順河向古河槽:

(1)地質(zhì)測繪和鉆孔揭示堆積體底部分布有厚3～5 m沖積成因的卵礫石層，距現(xiàn)代河床拔河高約50 m左右。

(2)已完成的5個鉆孔基巖頂面最低高程為648.83 m，低于其前緣臨河的基巖陡壁680 m高程30余m，總體上堆積體區(qū)基巖頂板呈槽狀負(fù)地形，延伸方向大體順河展布，為河谷演變過程中遺留的古河槽，形態(tài)上具上游高、向下游漸低的展布趨勢。

(3)現(xiàn)代河谷形態(tài)上，堆積體恰好分布于河流弧彎段的凸岸區(qū)，堆積體前緣為50～60 m高的基巖陡壁。

2.2 成因時代分析

經(jīng)地勘論證，飛水崖堆積體分布區(qū)基巖頂板具槽狀地形特點(diǎn)，其上覆堆積有3～6 m厚的沖積含漂卵礫石層，相當(dāng)于Ⅲ級階地底部堆積物，說明基巖古河槽的形成時代屬Ⅲ級階地形成之前。

據(jù)對飛水崖堆積體塊碎石土物源進(jìn)行分析，其基本上為近源物質(zhì)，分選性和磨圓度均較差，呈扇形分布，扇頂對應(yīng)于飛水崖溝，其物質(zhì)來源于飛水崖溝上部第四系冰川堆積物，經(jīng)后期洪水搬運(yùn)堆積于飛水崖下，隨洪積物的不斷堆積形成堆積扇，隨著地殼快速抬升，河谷快速垂直下切，形成高懸的古河道及飛水崖堆積體。顯然，該堆積體成因?qū)俸榉e堆積。

3 飛水崖堆積體整體穩(wěn)定性分析計(jì)算

堆積體邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算選取有代表性的飛水崖堆積體橫Ⅲ-Ⅲ剖面(圖3)作穩(wěn)定性計(jì)算。假定潛在滑動面上部沿基覆分界線滑動，古河槽以下從巖體中剪斷，從河床基巖面剪出。計(jì)算方法采用畢肖普方法和摩根斯坦-普賴斯法，取其平均值。

3.1 力學(xué)參數(shù)的選取

堆積體碎礫石土參數(shù)選取局部穩(wěn)定性計(jì)算反演的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，即取凝聚力c為100 kPa，摩擦角φ為37.4°;巖體分別選取了Ⅲ類和Ⅳ類抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)作計(jì)算。暴雨時，計(jì)算巖土體均按飽水狀態(tài)考慮，對參數(shù)進(jìn)行0.8倍折減，見表1。

3.2 計(jì)算工況

圖3 飛水崖堆積體邊坡橫Ⅲ-Ⅲ計(jì)算剖面圖

表1 飛水崖堆積體整體穩(wěn)定性計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)取值表

根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》DL5180－2003的有關(guān)規(guī)定，飛水崖礫石土料場堆積體邊坡屬水電工程Ⅲ級邊坡。與局部穩(wěn)定性計(jì)算相同，整體穩(wěn)定性計(jì)算考慮了地震和暴雨，并按以下工況考慮:

(1)基本組合(天然狀況，載荷為自重);

(2)特殊組合1(天然狀況+暴雨，載荷為自重+暴雨);

(3)特殊組合2(天然狀況+地震，載荷為自重+地震);

3.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

計(jì)算剖面及潛在的滑動面見圖3，滑動面在各種工況條件下的整體穩(wěn)定性系數(shù)見表2。

表2中的計(jì)算結(jié)果表明:選取Ⅲ類巖體抗剪斷參數(shù)計(jì)算時，在各種工況下，堆積體邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)均較大，處于穩(wěn)定狀態(tài);選取Ⅳ類巖體抗剪斷參數(shù)計(jì)算時，在特殊組合1和特殊組合2工況下，整體穩(wěn)定性系數(shù)有所降低，但均＞1.1，處于穩(wěn)定狀態(tài)。說明飛水崖堆積體邊坡在各工況下整體穩(wěn)定。

表2 飛水崖堆積體邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)表

4 結(jié)語

飛水崖堆積體地面地形較完整，無沖溝發(fā)育，僅在其邊界發(fā)育兩條呈“八”字型展布的暫時性流水沖溝，向上同源飛水崖溝。前緣臨河為基巖陡壁，內(nèi)側(cè)為古河槽，堆積體基座位于古河槽內(nèi)，呈扇型展布，中部分布有一60 m高的堆積體陡壁。堆積體物質(zhì)為塊碎石土，堆積于古河槽上，結(jié)構(gòu)密實(shí)，呈鈣泥質(zhì)半膠結(jié)狀態(tài)。坡面未發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，陡壁前緣區(qū)域?yàn)楹档馗鲄^(qū)，陡壁及后部區(qū)域灌木叢生。計(jì)算結(jié)果表明:飛水崖堆積體邊坡不僅在天然狀況下整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，而且各種工況下整體也處于穩(wěn)定狀態(tài)，且因水工建筑物布置基本避開了飛水崖堆積體，故在暴雨情況下出現(xiàn)的表面局部沖刷不會影響工程的正常運(yùn)行。