下天吉樞紐高邊坡穩(wěn)定性分析

何 楠，戴翠琴，姚帥強

（黃河勘測規(guī)劃設計有限公司，鄭州 450003）

下天吉樞紐高邊坡穩(wěn)定性分析

何 楠，戴翠琴，姚帥強

（黃河勘測規(guī)劃設計有限公司，鄭州 450003）

新疆精河下天吉樞紐壩址區(qū)地質條件復雜，左岸2#潛在不穩(wěn)定體一直威脅大壩安全。經過前期地質勘探，認為其已達到臨界穩(wěn)定狀態(tài)，后期經過補充地質勘探，認為其歷史上未發(fā)生整體滑動，現(xiàn)狀穩(wěn)定，但蓄水后有可能轉為不穩(wěn)定。基于這種認識對其進行穩(wěn)定分析，并最終選定錨索加固方案。

下天吉樞紐；高邊坡；錨索

1 工程簡介

下天吉水利樞紐工程位于新疆博爾塔拉蒙古自治州精河縣境內，是一項以灌溉、工業(yè)供水為主，兼顧防洪的綜合性水利工程。受工程投資限制按兩期設計、分期實施，目前一期工程的大部分施工工作已完成。

一期工程為Ⅲ等中型工程，總庫容1290萬m3，最大壩高71.5m，壩頂高程683.50m，壩頂長207m，壩頂寬10m。正常高水位678.00m，設計洪水位678.35m，校核洪水位681.46m，死水位632.00m。

工程區(qū)位于西天山北部，由于北疆特殊的氣候條件，冬夏、晝夜溫差大，降雨歷時短、強度小，壩址區(qū)巖體裸露，斷層發(fā)育，巖石受雨水沖刷影響小，脆而易碎，是工程處理的難點。

2 工程地質

該地區(qū)地質條件復雜，斷層發(fā)育，巖石破碎，壩址區(qū)分布有1#～6#等多個潛在不穩(wěn)定體。左岸邊坡總體基本穩(wěn)定，邊坡存在2#，5#兩處潛在不穩(wěn)定體及4#，6#兩處潛在危巖體。其中2#潛在不穩(wěn)定體位于左壩肩上方，規(guī)模較大，威脅大壩安全。

2001年5月1日，修建施工馬道時掏挖2#不穩(wěn)定體坡腳，造成該不穩(wěn)定體局部順F279斷層帶從800m高程塌滑約4000m3。2001年9月對不穩(wěn)定體高程745m以上破碎巖體以F279后緣滑動面為開口線，按基本穩(wěn)定坡削坡（1∶0.75～1∶1）減載。2002年5月7日，因連續(xù)降雨導致不穩(wěn)定體局部塌滑，總方量1000m3。因此，保證2#潛在不穩(wěn)定體的穩(wěn)定是本工程的重要課題。

2#潛在不穩(wěn)定體位于左壩肩1#沖溝至3#沖溝之間，為斷層切割及巖體卸荷變形共同作用形成的潛在不穩(wěn)定體，其上游范圍界線及后緣切割面為斷層F297（300°～325°/NE∠70°～80°），下游范圍邊界上部為斷層F35（85°/NW∠64°），下部為1#沖溝，下部界面為以F201斷層（300°～325°/NE∠20°～25°）為主的一組近平行結構面。分布高程674～813m，沿坡面面積1.6萬m2，總方量40萬m3。左岸2#潛在不穩(wěn)定體邊界赤平投影如圖1。

圖1 左岸2#潛在不穩(wěn)定體邊界赤平投影

2#潛在不穩(wěn)定體可分為2個區(qū)，其中F201斷層以下巖體至趾板線范圍為穩(wěn)定性較差的Ⅰ區(qū)；斷層F201以上為穩(wěn)定差的Ⅱ區(qū)，而Ⅱ區(qū)根據巖體結構、卸荷裂隙發(fā)育程度及探硐支護深度又可分為沿坡面上部穩(wěn)定極差的Ⅱ2區(qū)和內部穩(wěn)定性差的Ⅱ1區(qū)。2#潛在不穩(wěn)定體巖體分區(qū)如圖2。

圖2 2#潛在不穩(wěn)定體巖體

2013年針對一期遺留問題及兩岸高邊坡問題，進行了專項補充地質勘探，對左岸2#潛在不穩(wěn)定體有了新的認識。

根據新增探硐資料揭露，沿F201，F(xiàn)279，F(xiàn)35斷層未見地下水出露，沿上、下游側及后緣切割面斷層F279，F(xiàn)35未見拉裂面出現(xiàn)，沿下部底界線斷層F201未見明顯的滑動現(xiàn)象，表明2#潛在不穩(wěn)定體未產生過整體滑動，目前也沒有整體滑動的跡象，地質定性為介于極限平衡至基本穩(wěn)定之間的狀態(tài)，在考慮地震影響時處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。在二期工程抬高蓄水后，2#巖體的前緣一定部位處于飽和狀態(tài)，F(xiàn)201斷層帶的力學強度將大幅降低，該潛在不穩(wěn)定體將向不穩(wěn)定方向轉化。受F201，F(xiàn)279，F(xiàn)35等斷層切割，可能的整體滑動方向應沿1#沖溝與F201交線傾向滑動，即沿86°～110°方向滑動。Ⅱ2區(qū)巖體內裂隙發(fā)育且多張開，巖體破碎呈碎裂～散體結構，張開裂隙發(fā)育，斷層對邊坡穩(wěn)定不起控制性作用，卸荷傾倒變形是邊坡失穩(wěn)的主要變形方式，其可能的塌滑方向應沿邊坡坡面傾向方向。即2#潛在不穩(wěn)定體整體潛在失穩(wěn)模式是沿斷層面發(fā)生滑動，表層局部潛在失穩(wěn)模式為沿滑弧發(fā)生滑動。

3 穩(wěn)定分析

本次對Ⅱ區(qū)和Ⅱ2區(qū)分別進行計算分析，計算方法均采用平面極限平衡法，計算軟件為GeoStudio，巖石破壞準則采用莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb）強度準則。

計算工況包括：水庫正常蓄水位；水庫正常蓄水位驟降至死水位；降雨；正常運用+地震。

3.1 深層穩(wěn)定分析

對于Ⅱ區(qū)沿斷層的整體穩(wěn)定，采用薩爾瑪法（Sarma）計算。2#潛在不穩(wěn)定體及邊界斷層主要抗剪參數指標如表1。

表1 主要抗剪強度指標

從上游到下游共選取4個斷面進行計算，如圖3，圖4的剖面4～7，2#潛在不穩(wěn)定體的整體安全系數，由各個剖面的安全系數按所占體積權重加權平均求得。滑面形式為折線形，底滑面指定為F201，剖面4，5后緣指定為F279，剖面6，7為自動搜索。

Ⅱ區(qū)各工況穩(wěn)定系數計算結果如表2。

表2 Ⅱ區(qū)穩(wěn)定系數計算成果

整體安全系數可以滿足要求，但是剖面4，5的降雨工況安全系數小于1。由于底滑面在二期正常蓄水位以下，將經常處于飽和狀態(tài)，要求剖面4，5安全系數加固至大于1。加固方式初步考慮抗滑樁和錨索。經造價比較，達到相同安全系數的前提下，選用抗滑樁投資是錨索的2.8倍，故選用錨索加固。經計算，將安全系數達到1以上，剖面4需要2000kN、錨索共9排，剖面5需要2000kN、錨索共10排，間距均為4m。

3.2 淺層穩(wěn)定分析

對上部Ⅱ2區(qū)，采用摩根斯坦—普賴斯法（Morgenstern-Price）。選取3個剖面進行計算，如圖3剖面1～3，滑面形式均為圓弧形。Ⅱ2區(qū)各工況穩(wěn)定系數計算結果如表3。

表3 Ⅱ2區(qū)穩(wěn)定系數計算成果

Ⅱ2區(qū)安全系數均滿足要求。

圖4 深層滑動計算剖面

4 結語

（1）壩址區(qū)地質條件復雜，岸坡巖體風化卸荷作用強烈，巖體破碎。左岸開挖平硐時出現(xiàn)塌方，745平臺上方出現(xiàn)多條裂縫，前期勘察認為左岸邊坡已達臨界穩(wěn)定狀態(tài)。補充勘察根據新增探硐所揭露，2#潛在不穩(wěn)定體并未產生過整體滑動，目前也沒有整體滑動的跡象。裂縫成因為表層強卸荷巖體傾倒變形，而非整體滑動。隨著地質勘探的深入，對邊坡的認識也逐漸加深。

（2）邊坡巖體的潛在失穩(wěn)模式為：深層Ⅱ區(qū)可能出現(xiàn)以F201，F(xiàn)279，F(xiàn)35為邊界的整體滑動，表層Ⅱ2區(qū)為碎裂、散體結構，可能出現(xiàn)圓弧式滑動。

（3）2#潛在不穩(wěn)定體降雨工況安全系數達不到規(guī)范要求，上游側穩(wěn)定性較差，選用錨索加固。錨索集中布置于上游側坡腳，加固以后，邊坡穩(wěn)定達到要求。

［1］SL386—2007，水利水電工程邊坡設計規(guī)范［S］.

［2］王玉寶.新疆精河下天吉水庫左岸趾板邊坡2#不穩(wěn)定（巖）體評價［J］.中國地質災害與防治學報，2003（6）：119-121.

［3］楊青.新疆精河下天吉水庫2#不穩(wěn)定體穩(wěn)定計算分析［J］.西部探礦工程，2014（9）：20-25.

［4］明德巴依爾.下天吉水庫滑坡體成因分析與整治［J］.西部探礦工程，2013（8）：95-96.

［5］中國水利水電科學研究院.新疆下天吉水庫工程攔河壩左岸邊坡穩(wěn)定分析及加固處理方案專題研究［R］.2012.

（責任編輯：尹健婷）

Research on the stability of the high slope of Xiatianji Com p lex

HE Nan，DAICui-qin，YAO Shuai-qiang
（Yellow River Engineering Consulting Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，China）

Xiatianji Complex is located in Jinghe，Xinjiang Uygur Autonomous Region.The dam site area has a complicated geological condition，and the high slope on the left bank is always a threat to the dam safety.It is deemed that this high slope has reached its critical stable state based on the early geological exploration.Being supplemented by the later geological exploration，it is thought that no whole sliding occurred to this high slope in the history，and the current situation is stable；however，itmay become unstable after reservoir impoundment.Based on the above consideration，it is necessary to conduct stability analysis on the high slope and select suitable reinforcementmeasure.

XiatianjiComplex；high slope；reinforcement

TU457

：B

：1672-9900（2017）04-0016-03

2017-05-08

何 楠（1982-），男（漢族），河南杞縣人，工程師，主要從事水利水電工程水工結構設計工作，（Tel）17719820753。