豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡穩定性分析

2013-01-24 07:54:36謝福志

水利技術監督 2013年2期

謝福志

（中水東北勘測設計研究有限責任公司地質處，吉林長春 130021）

謝福志

（中水東北勘測設計研究有限責任公司地質處，吉林長春 130021）

概述了豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡穩定狀況進行分析的必要性；介紹了壩址左岸邊坡的基本工程地質條件；對壩址左岸邊坡發育的不利的結構面的組合關系進行了細致分析；按照建筑物所處工程部位，將壩址左岸邊坡分為兩段進行邊界條件確定和地質參數的選取；按天然狀態和水庫蓄水狀態分別進行分析計算和評價，最終給出了評價結論。

壩址左岸邊坡；穩定性；抗剪（斷）強度

豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡為一級邊坡。特別是大壩重建后，現豐滿大壩以下約 120m范圍內的左岸邊坡將由現在的天然邊坡轉為水下邊坡。隨著邊坡巖體內地下水位的逐漸抬升，一方面，地下水通過孔隙水壓力的變化影響巖體的應力狀態，孔隙水壓力升高使得邊坡巖體的有效應力減小，降低了邊坡的穩定性。

另一方面，巖體應力狀態的改變又會通過巖體物質間的孔隙率與結構的變化，來影響巖體的水力特性。其環境地質條件的變化，對邊坡穩定極為不利，特別是在洪水期，由于巖體排水不暢，岸坡中的地下水將形成較大的滲透壓力，使得不穩定結構面組合形成的滑體下滑力急劇增加，其變形破壞具有突發性，從而可能導致邊坡巖體部分或整體發生失穩，因此有必要對壩址左岸邊坡的穩定狀況進行分析。

1 壩址左岸邊坡基本工程地質條件

壩址左岸地形較陡，地形坡度一般 25°～35°，山頂高程一般500～700m。

壩址左岸邊坡覆蓋層主要為碎石混合土和混合土碎石，厚度一般 1～2m。巖體主要為弱風化變質礫巖，深灰色，變余礫狀結構，厚層狀構造，具有明顯的變余層理。

壩址左岸邊坡主要發育F13、F14、F23和F30斷層，斷層產狀為走向 N15°～40°W，傾向 NE，傾角75°～85°，各斷層與邊坡交角一般為 78°～85°。

壩址左岸邊坡節理主要為走向N20°～30°W，傾向NE或SW，傾角65°～85°（Ja）和走向N55°～75°E，傾向NW（上游）或SE（下游），傾角65°～85°（Jb）；變余層理產狀為走向 N25°～35°W，傾向NE（河床偏下游），傾角25°～45°（Jc）；緩傾角節理產狀為走向 N30°～75°W，傾向 NE（河床偏下游），傾角約15°（J1）。

壩址左岸邊坡表部變質礫巖多為中等透水巖體，中、下部巖體透水性較弱。

2 結構面組合分析

壩址左岸邊坡發育的對邊坡穩定不利的結構面主要為 F13、F14、F23、F30斷層與節理、巖層層面和緩傾角節理。左岸邊坡各組結構面的組合關系詳見圖1。

圖1 壩址左岸邊坡赤平投影圖

從圖中可以看出，左岸邊坡走向與巖層走向近于平行，為順向坡，J1緩傾角節理或巖層層面與F13（或 F14、F23、F30）、Ja和Jb組節理構成不利結構面組合，其中，F13、F14、F23、F30斷層和Ja組節理為后緣拉裂面，Jb組節理為側向切割面，巖層層面Jc和緩傾角節理J1為底滑面。

3 邊界條件確定和地質參數選取

按照建筑物所處工程部位，將壩址左岸邊坡分為兩段，第一段為現豐滿大壩與擬建大壩之間，該段邊坡長度約120m，典型地質剖面1—1，詳見圖2。第二段為擬建大壩壩肩開挖范圍，該段邊坡長度約80m，典型地質剖面 2—2，詳見圖 3。典型地質剖面（1-1～2-2）地下水水位按地下水位觀測孔觀測數據取最高值。

圖2 1-1剖面邊坡示意圖

圖3 2-2剖面邊坡示意圖

根據前述結構面組合關系，兩段邊坡典型滑塊的結構面組合如下：

1—1 剖面：F13、J1、Jb；F13、Jc、Jb；F14、J1、Jb；F14、Jc、Jb；

2—2 剖面：F23、J1、Jb；F23、Jc、Jb；F14、J1、Jb；F14、Jc、Jb；

抗剪（斷）參數取值參照壩址區巖體物理力學性質試驗成果并結合工程實踐經驗綜合確定，詳見表1。

表1 結構面抗剪斷參數建議值

4 可能產生滑動塊體的穩定計算

左岸邊坡穩定分析計算采用《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程》［1］（DL/T 5337-2006）附錄E平面型滑面計算公式如下，計算剖面見圖2和圖3。

式中：W——滑體的重力，kN；

c——滑面黏聚力，kPa；

φ——滑面內摩擦角；

L——滑面長度，m；

α——坡角；β——結構面傾角；

γW——水的密度，kN/m3；

γ——滑體密度，kN/m3；

u——水的上舉力；

v——水的水平力；

Pb——地震力；

KH——地震系數,根據地震烈度確定（豐滿為0.1）。

4.1 第一段邊坡（圖2）

4.1.1 天然狀態

淺層滑動：假定滑移體以Jc為底滑面，F13為后緣拉裂面，滑體位于地下水位之上，其計算荷載為塊體自重；深層滑動：假定滑移體以J1為底滑面，F13為后緣拉裂面，滑體位于地下水位以下（計水壓力）其計算荷載為塊體自重和地下水荷載，其中巖體密度γ按 27kN/m3計，水的密度γw為 10kN/m3，計算結果詳見表2。

4.1.2 水庫蓄水狀態

淺層滑動：假定滑移體以Jc為底滑面，F13為后緣拉裂面，其計算荷載為塊體自重和地下水荷載（蓄水后）；深層滑動：假定滑移體以J1為底滑面，F13為后緣拉裂面，其計算荷載為塊體自重和地下水荷載，其中巖體密度γ按17kN/m3計，水的密度γw為10kN/m3，，計算結果詳見表3。