基于極限平衡法的西南某水電邊坡的穩定性研究

黃宇

摘要：西南某水電邊坡發育有較多的擠壓破碎帶、片巖軟弱帶以及沿層面的石英脈，邊坡巖體較破碎，軟巖和硬巖呈互層分布。采用極限平衡法對邊坡開挖后現有支護條件下進行了不同工況的穩定性計算，計算結果表明：邊坡只有在開挖不支護的工況下才處于不穩定狀態，其他不論是蓄水、降雨和地震工況，雖然穩定性系數有所變化，但是邊坡整體均處于穩定狀態。

1.引言

我國西南地區地處青藏高原東側，受青藏高原持續隆升的影響，在青藏高原、云貴高原和四川盆地之間形成了總體呈南北走向的地形坡降帶，地勢高差變化較大，水能資源尤為豐富。，構成了我國大陸地形的從西向南急劇驟降的特點。水是邊坡失穩的最活躍、最普遍的因素，同時也是最難確定和定量研究的因素。對于水電站邊坡而言，影響邊坡穩定性的水環境因素主要表現在蓄水和庫水位變化或者兩者的最不利組合。傾倒變形破壞在我國的水電工程岸坡中比較常見，在通常情況下，傾倒變形不至于引起坡體的快速變形破壞，但如果不加以控制，仍然可能導致大范圍的裂隙發育巖體產生拉裂隙、崩塌等不同形式的破壞甚至深層滑坡。

2.邊坡工程地質條件

邊坡地層由中侏羅系花開左組和白堊系景星組等地層組成，巖體由淺變質薄層狀及板狀碎屑巖系組成，其巖石建造包括板巖、片巖、千枚巖及變質石英砂巖等四類巖石。此外，邊坡發育有第四系覆蓋層，主要為崩坡積物、沖洪積物。

邊坡地層走向NNW、傾角近直立，總體產狀：N8°～12°W/NE（或SW）∠73°～90°。在北北西向構造帶和近南北向構造帶的影響下，水電站區地質構造較為發育，主要地質構造有：斷層、層間擠壓破碎帶、片巖軟弱帶以及小型石英脈。斷層、層間擠壓破碎帶、片巖軟弱帶以及小型石英脈主要表現為順層北北西向擠壓性或者壓扭性。

3.邊坡支護方案描述

邊坡設計底面高程為1370m，開挖支護方法屬于邊開挖邊支護。分三種支護類型，A型支護、B型支護、C型支護，如

4.邊坡穩定性計算

4.1計算方法

對本邊坡的穩定性計算采用《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）所推薦的剛體極限平衡方法。剛體極限平衡方法以莫爾庫倫剪切破壞準則為理論基礎，計算原理較為簡單、易于理解，是一種比較成熟的邊坡穩定性分析的方法。本文穩定性計算采用加拿大GEO-SLOPE國際有限公司開發的仿真數值模擬軟件GEO-S tudio對邊坡穩定性進行計算。

4.2計算剖面、參數和工況選取

根據資料，邊坡巖體主要為傾倒變形巖體，邊坡的前期研究資料表明邊坡變形的主要原因是巖體傾倒變形。選取邊坡一個剖面進行極限平衡法穩定性計算，計算模型如圖2。

計算方法采用摩根斯坦-普萊斯（Morgenstern-Price）法、瑞典條分法、簡布（Janbu）法和畢肖普（Bishop）法四種方法。根據邊坡所處的環境條件，該邊坡開挖支護后將可能面臨四種狀態：天然狀態；暴雨；蓄水；地震，擬定5種工況對比分析：（1）開挖狀態；（2）：開挖+支護；（3）：開挖+支護+蓄水；（4）：開挖+支護+暴雨；（5）：開挖+支護+地震。根據之前的勘探資料：工程場址區50年超越概率10%的基巖地震動峰值加速度為131.9gal，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。地震工況取131.9gal作為地震動參數。本次極限平衡計算采用的計算參數取值見下表。

4.3計算結果

本次計算結果見下表3。根據《水電水利工程邊坡設計規范》（DL/r5353-2006）規定，水電邊坡穩定性評價標準見表4。

5.結論

過上述極限平衡理論的邊坡穩定性評價得到如下結論：

邊坡在工況l情況下穩定性系數約為0.81，為不穩定狀態；邊坡在工況2情況下穩定性系數約為1.32，為穩定狀態；邊坡在工況3情況下穩定性系數約為1.24，為穩定狀態；邊坡在工況4情況下穩定性系數約為1.21，為穩定狀態。