蓄水條件下水電工程邊坡變形與穩(wěn)定性研究

沙德智 朱俊杰*

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)公司，四川成都 610000)

1 概述

某水電站壩址區(qū)發(fā)育一變形體。該變形體具有方量大，變形明顯，近壩等特點，失穩(wěn)之后可能擊起的涌浪將直接威脅壩體的安全、運行，因此對其穩(wěn)定性展開評價關(guān)系到該水電站的安全。本文在對該變形體工程地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，利用數(shù)值計算方法，對變形體蓄水條件下的變形特征與穩(wěn)定性進(jìn)行評價［1-6］。

2 變形體的基本特征

該變形體位于壩前約800 m的岸坡，形態(tài)不規(guī)則。表部地形坡度約43°，后緣為變形體平臺。

變形體縱向長度210 m，寬約154 m。后緣高程為1 800 m。總體積約87萬m3，正常蓄水位水上部分約54萬m3。水下部分約33萬m3。變形體前緣底界高程1 600 m左右。

3 計算模型

根據(jù)邊坡地質(zhì)模型，建立計算模型(見圖1)。具體模型范圍如下:X方向800 m;Y方向380 m;Z方向約700 m。巖體力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖體力學(xué)參數(shù)

4 蓄水狀態(tài)下變形體變形特征

蓄水后，邊坡最大主應(yīng)力分布見圖2，最小主應(yīng)力見圖3。由圖2可知:從邊坡地表向巖層深部最大主應(yīng)力逐步增大。由圖3可知，蓄水狀態(tài)下最小主應(yīng)力整體為壓應(yīng)力，在變形體的邊界和地形凸出的部位出現(xiàn)拉應(yīng)力。同時，潛在滑帶出現(xiàn)了拉應(yīng)力集中區(qū)，這也表明，蓄水后，坡體應(yīng)力環(huán)境不利于坡體穩(wěn)定性。

圖1 變形體計算模型

圖2 最大主應(yīng)力分布圖

蓄水后，變形體后位移較前緣大，從變形控制的角度來說，坡體變形受控于前緣滑體，從圖4～圖7可以看出，水平位移最大的地方發(fā)生在坡體的前緣。橫向上下游區(qū)位移較上游區(qū)大。

圖3 最小主應(yīng)力分布圖

圖4 位移分布圖

圖5 水平位移分布圖

圖6 剖面總位移分布圖

5 蓄水條件下變形體穩(wěn)定評價

強度折減法是以調(diào)整巖土體的強度指標(biāo)為出發(fā)點，對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行不斷地增加折減次數(shù)，直至其達(dá)到臨界狀態(tài)，得到的折減系數(shù)為穩(wěn)定系數(shù)。在變形體內(nèi)設(shè)置監(jiān)測點，根據(jù)各個監(jiān)測點在不同強度折減系數(shù)時的水平位移，可以得到如圖8所示的關(guān)系曲線。結(jié)果表明，折減系數(shù)從1.15變?yōu)?.16時，變形體位移劇增。

圖7 剖面水平位移分布圖

圖8 監(jiān)測點位移與K關(guān)系曲線

圖9 K=1.05剪應(yīng)變增量云圖

圖10 K=1.1剪應(yīng)變增量云圖

圖9～圖12為不同折減系數(shù)下蓄水工況下模型剪應(yīng)變增量云圖，可知，隨著折減系數(shù)的增加，塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，當(dāng)K=1.17時，剪應(yīng)變增量貫通，變形體已處于失穩(wěn)狀態(tài)。因此可認(rèn)為1.17為該邊坡蓄水條件下的穩(wěn)定性系數(shù)。

圖11 K=1.15剪應(yīng)變增量云圖

圖12 K=1.17剪應(yīng)變增量云圖

6 結(jié)語

1)坡體的變形特征是受地形地貌控制的結(jié)果。2)在蓄水的情況下，變形體會發(fā)生較大的變形，但變形體的總體穩(wěn)定性較好，不會發(fā)生整體失穩(wěn)。3)雖然變形體總體穩(wěn)定性較好，但局部會有破壞現(xiàn)象，因此，為保持在水電站運行期間長期穩(wěn)定性，應(yīng)予以加固。

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