瓊中抽水蓄能電站下水庫進出水口邊坡穩定性分析

羅波 李強 黃團偉

中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司 湖南 長沙 410000

瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣，電站裝機3臺單機容量為200MW的混流可逆式水泵水輪發電電動機組，為二等大(2)型工程?？尚行匝芯侩A段，在下水庫進出口部位附近勘察過程中，揭露規模較大緩傾角斷層，將對進出水口邊坡和穩定性產生影響。因此，分析下庫進出水口邊坡在各類工況下的穩定性以及處理方案，關系到電站施工期和運行期的安全。

1 工程地質概況

下水庫進/出水口布置在距離大壩上游440m的右岸凹岸處，自然坡度29°，地表分布厚約5m的殘坡積粉砂質黏土夾碎塊石，全、強風化巖體下限埋深分別為10m～13m、15m～17m。F19、F20緩傾角斷層與洞軸大角度相交，順洞臉邊坡產出，F19斷層上盤影響帶寬達28m，巖體風化深，完整性差[1]。

2 計算參數

根據地質勘察報告的試驗成果，下水庫進出水口地層主要分為第四系的殘坡積土及不同風化程度的含礫砂巖，邊坡穩定性計算時巖土體力學參數：

殘坡積土γ=19kN/m3γsat=20kN/m3、C天然=25kPa、φ天然=20°、C飽和=20kPa、φ飽和=18°；

全風化砂巖γ=18.5kN/m3γsat=19.5kN/m3、C天然=28kPa、φ天然=24°、C飽和=23kPa、φ飽和=20°；

強風化砂巖γ=25.6kN/m3γsat=25.9kN/m3、C天然=200kPa、φ天然=26°、C飽和=150kPa、φ飽和=24°；

斷層夾泥層：C天然=35kPa、φ天然=17°、C飽和=30kPa、φ飽和=15°[2]。

3 邊坡穩定性計算分析方法的比較

條分法迄今已有80年的歷史了，計算方法已日趨完善。各種條分法的基本出發點都是一樣的，就是假定土體是理想塑性材料，把土條作為一個剛體，按極限平衡的原則進行力的分析，完全不考慮土體本身的應力-應變關系。各種方法最大的不同之處僅僅在于相鄰土條之間的內力作何種假定，也就是如何增加已知條件使超靜定問題變成靜定問題。這些假定的物理意義是不一樣的，所能滿足的平衡條件也不相同。計算步驟有簡有繁，在使用時必須注意它們的適用場合[3]。

4 邊坡穩定性計算分析

采用極限平衡方法對下水庫進出水口邊坡不同工況（持久工況、短暫工況、偶然工況）條件下進行整體及局部穩定性進行計算分析，搜索最危險滑面及其安全系數，分析邊坡穩定性及潛在滑移破壞模式。

4.1 計算剖面

在下水庫進/出水口縱坡方向選取3個(5-5、6-6、7-7號)縱剖面進行邊坡穩定性計算，地層自上而下依次為第四系殘坡積層，全風化、強風化、弱風化含礫砂巖。邊坡內F19、F20緩傾角斷層發育，斷層破碎帶寬度一般介于0.3～1m之間。

4.2 計算結果

（1）5-5剖面。由于下水庫縱剖面存在F19、F20兩條斷層，計算時斷層破碎帶的寬度取為0.5m。下水庫進出水口邊坡5-5剖面在不同工況條件下的計算結果見表1。由5-5剖面的計算結果可以看出：不考慮斷層的影響時，搜索的最危險滑面位于其上部的強風化含礫砂巖巖層中，三種工況條件下，由極限平衡法得到的邊坡的安全系數均滿足規范要求。

考慮斷層F19對邊坡的影響時，沿著邊坡內F19斷層破碎帶滑動的邊坡安全系數較低，各工況條件下邊坡的安全系數均不能滿足規范要求。由此可以看出：影響下水庫進出水口邊坡穩定性的控制性因素為邊坡內發育的F19斷層破碎帶的力學特性。

（2）6-6、7-7剖面。由5-5剖面極限平衡穩定性分析的結果可以看出，影響下水庫進出水口邊坡穩定性的控制性因素為F19斷層破碎帶，在進行6-6、7-7剖面計算時僅計算考慮F19斷層時的邊坡穩定性。下水庫進出水口邊坡6-6、7-7剖面在不同工況條件下的計算結果見表1。由其6-6剖面的計算結果可以看出：斷層上覆巖層、全風化、強風化砂巖厚度較小，三種工況條件下，極限平衡法得到邊坡安全系數均滿足規范要求，且有較大安全裕度。由7-7剖面的計算結果可以看出：考慮F19斷層對邊坡的影響時，各工況條件下邊坡坡的安全系數均不能滿足規范要求[4]。

表1 瓊中下庫進/出水口邊坡穩定性計算結果統計表

5 結束語

（1）下水庫進出水口邊坡縱剖面縱坡的穩定性主要受F19斷層破碎帶控制，其潛在可能的破壞模式為沿F19斷層產生剪切滑移破壞；其邊坡穩定性安全系數不能滿足規范要求，需對其采取相應的加固支護措施。（2）下水庫進出水口邊坡各工況條件下穩定性計算中，短暫工況條件下，由于水位驟降，巖土體中的孔隙水壓力不能及時消散而引起超孔隙水壓力，使得邊坡整體穩定性降低，其安全系數最??；偶然工況條件下，校核洪水位高于蓄水水位，庫水壓力對坡腳產生一定的壓腳效應，在一定條件下其計算安全系數出現較持久工況略高一些的現象。