某水電工程導流洞進口邊坡的隨機楔形體穩定分析

鞠智敏 費海燕

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司， 湖南 長沙 410014）

0 引言

水電工程中的楔形體破壞是巖質邊坡破壞的一種常見形式，對邊坡的穩定性有重要影響。楔形體滑動的邊界條件：1）由兩組異傾向結構面組合交線傾向坡外，其傾向與坡向夾角較小，根據實踐經驗一般小于30°；2）結構面組合交線的傾角小于坡腳，大于摩擦角。巖質邊坡楔體滑動失穩可分為定位楔形體破壞和隨機楔形體破壞兩種方式，在地質情況尚未充分揭露以前，很難準確判定哪一條或兩條結構面可能形成不穩定楔形體。本文主要討論隨機楔形體穩定分析，基于地質資料分組得到結構面的優勢產狀，對形成楔形體的結構面進行組合，通過計算楔形體的穩定系數，進而分析其穩定性以及相應的加固措施。

1 工程實例應用

1.1 工程概況

某水電站導流洞進口位于壩軸線上游370m～502m處，洞臉邊坡走向N37°E，人工邊坡最大坡高達140m左右。自然邊坡走向N23°W，坡角36°～48°，場區下游地段，基巖裸露，為弱風化塊狀基性輝長巖。斷層主要有NEE向的 F2，破碎帶寬3cm～15cm，規模較小；節理主要有5組：①N60°～85°E，NW或SE∠60°～85°；②N65°～75°W，NE或 SW∠70°～88°；③N 10°～45°W，SW∠25°～37°；④N15°～35°W，SW∠65°～80°；⑤ N35°～55°W，SW∠5°～23°，其中①、②、③組較發育。

1.2 穩定計算及加固分析

根據場區各類結構面產狀特征及赤平投影分析得出，結構面①與③、①與⑤、②與③、②與⑤形成傾向坡外、對邊坡穩定不利的塊體。洞臉邊坡巖體中存在由近 EW 向陡傾角節理與中緩傾角節理的組合，會形成傾向坡外的楔形體。邊坡的穩定主要受第①、②、③組結構面的影響較大。結構面計算參數取用泥夾巖屑類，摩擦角 14°～19°，粘聚力 0.05MPa，巖體密度 2700kg/m3。計算中考慮水充滿縫隙，各結構面組合結果及所形成楔形體的安全系數見表1。F2與節理③組合形成的楔形體穩定安全系數最低，為0.781。分析表明不穩定塊體均以節理③為滑動面，需對不穩定塊體進行加固處理。

表1 各組合楔形體安全系數

② N80°W，NE∠75°⑤ N40°W，SW∠15° 2.795 - 隨機塊體F2 N65°E，NW∠80°③ N30°W，SW∠35° 0.781 1105 半特定塊體，重4925t沿節理③面滑動F2 N65°E，NW∠80°⑤ N40°W，SW∠15° 1.675 - 半特定塊體

潛在不穩定塊體區域的加固措施建議：

（1）節理①、③所形成的潛在楔形體，為隨機塊體，節理①、③在坡面交線長度分別為 22.47m，37.11m，具備形成楔形體條件，且在坡面開口線范圍有滑出可能，其安全系數為0.781，建議進行隨機錨索加固。該楔形體在坡面投影的面積為 320.797m2，根據規范錨索布置間距宜為 4m～10m，則有 n=320.797/(4×4～10×10)=20～3（根），錨索大小約為855/（20～3）=43～285t。建議選用100t、200t級錨索，根據計算相應的根數分別為9根、5根，相應長度18.5m、20m。

（2）節理②、③所形成的潛在楔形體，為隨機塊體，節理②、③在坡面交線長度分別為 21.24m，39.86m，則具備形成楔形體條件，且在坡面開口線范圍有滑出可能，其安全系數為0.996，建議進行隨機錨索加固。該楔形體在坡面投影的面積為 401.675m2，錨索布置間距宜為 4m～10m，則有 n=26～5（根），錨索大小約為4600/（26～5）=177～920t。建議選用200t、300t級錨索，根據計算相應的根數分別為23根、16根，相應長度23.8m、25.0m。

（3）斷層F2與節理③所形成的潛在楔形體，為半特定塊體，斷層F2、③在坡面交線長度分別為 21.36m，38.65m，則具備形成楔形體條件，且在坡面開口線范圍有滑出可能，其安全系數為0.781，建議進行隨機錨索加固。該楔形體在坡面投影的面積為324.125m2，錨索布置間距宜為 4m～10m。則有 n=21～4（根），錨索大小約為1105/（21～4）=53～277t。建議選用100t、200t級錨索，根據計算相應的根數分別為12根、6根，相應長度19.5m，25m。

2 結語

隨著西部大開發戰略的順利實施，大量的基礎工程設施投入使用，將不可避免的產生大量高陡巖質邊坡，加強復雜結構面切割而成的楔形體滑坡的安全穩定分析和災害的合理規避對于工程順利建設具有重要意義。本文主要基于某水電工程導流洞進口邊坡，根據現有的地質資料對潛在楔形體的安全系數進行計算分析，且對可能失穩塊體進行加固力計算和提出相應的加固措施建議，為工程設計及施工提供參考。