樂昌峽水利樞紐工程高邊坡穩定性分析

潘熾成

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510635）

隨著大量水利水電工程的快速落地和迅猛發展，水利工程建設迎來了新的挑戰。高邊坡是將地質體的一部分改造為人為工程，其穩定性受控于邊坡所在巖土體的基本特性——地層巖性、地質構造、巖體結構、坡體結構及水文地質條件等，以及人為改造的程度——開挖高度、坡形和坡率[1～2]。水利水電工程建設經常會遇到邊坡失穩的問題[3～5]。基于此，本文針對樂昌峽水利樞紐工程高邊坡穩定性進行分析。

1 工程概況

樂昌峽水利樞紐位于韶關樂昌市境內、北江支流武江樂昌峽河段塘角火車站附近，下距樂昌市約14 km、韶關市約81.4 km，是北江上游關鍵性防洪控制工程，以防洪為主。其中，在樞紐管理營地生產生活區內由于場地開挖等原因，各級坡面驗算未達到設計的安全系數要求，需對邊坡進行防護設計，使其達到規范安全要求。

已開挖邊坡現場高度（最高斷面）最高達86 m。共劃分了8級邊坡，最大分級邊坡高度15 m，最小高度10 m。兩級邊坡之間設置馬道，平均寬度約2 m。另外，沿坡腳方向分別布置食堂、配電房及機修間倉庫等主要建筑物，其余布置園林景觀及設施。

2 水文地質條件

根據鉆探、地質測繪結果，將壩址區和邊坡巖體由表及里劃分為全風化層、強風化層和弱風化層。

①全風化層:巖石成分組織結構已完全改觀，呈含巖屑碎塊狀土體。風化較完全，多呈粉質粘土狀，含少量強風化巖碎塊，硬塑；局部風化不透，呈礫質粘性土狀。

②強風化層:巖體外觀呈巖塊狀，原巖成分、結構清晰可辨，但顏色已改變，呈淺灰黃或黃褐色，裂隙發育，裂面多為鐵質渲染，泥質充填。巖芯破碎，局部夾全風化土，巖芯采取率低，RQD值大部分為0，完整性差。

③弱風化層:弱風化巖體為中厚層～厚層狀變質石英砂巖、變質粉細粒石英砂巖夾薄層狀絹云母板巖，裂隙較發育，以中陡傾角為主，局部較破碎，巖體為塊狀結構。弱風化巖較新鮮，堅硬，強度較高，巖體完整性較好。

區域內地下水主要為基巖裂隙水，賦存于層間介面、斷層裂隙之中。巖層的透水性和地下水位埋深受各結構面制約，且地下水受大氣降雨補給，水位的升降呈現季節性變化，未發現有裂隙承壓水。其中，巖土材料強度參數見表1。

表1 巖土材料強度參數表

3 邊坡穩定性分析

項目邊坡采用多段分級放坡，臨空面坡度較陡，現狀開挖情況見表2。部分放坡段的臨空面地質主要以全風化巖為主，且放坡坡率大于全風化與強風化的巖層接觸面坡度，邊坡開挖屬于順層開挖，后期邊坡較不穩定，易受地震和降雨影響，發生滑坡風險。

表2 現狀邊坡開挖狀態表

采用設計軟件理正巖土和有限元軟件Midas GTS NX對現狀邊坡進行穩定性分析。其中，理正巖土軟件主要運用極限平衡理論，用瑞典圓弧滑動的條分方法進行邊坡深層圓弧穩定分析。該方法計算所得的圓弧穩定及直線楔體穩定分析的臨界計算結果最小安全系數為1.016，臨界圓弧Xc=38.867 m，Yc=88.220 m，R=48.512 m。

同時，采用Midas GTS對邊坡的應變變形進行分析，Midas GTS主要采用強度折減法對邊坡的穩定性進行分析。分析所得邊坡穩定性系數1.156。邊坡塑性應變情況見圖1。

圖1 現狀塑性應變圖

通過有限元分析可知，邊坡全風化地質區域的塑性應變較大，而邊坡臨空面下方5 m～10 m范圍內出現了較弱的塑性變形帶。其主要原因是現狀順層開挖的邊坡在全～強交界處的薄弱面下方，由于較大的土體重力和交界面較低的抗剪強度，使其塑性變形較大，存在邊坡失穩的風險，需進行邊坡治理設計。

4 邊坡加固措施

根據上文中原始邊坡的穩定性分析，發現工程高邊坡的塑性應變發展區主要發生在高程195 m～230 m的放坡段位置。針對此結果，制定相應的加固方案，經對比分析，采用格構梁+14道鋼筋錨桿進行加固處理，各個放坡段的邊坡處理方案見表3。

表3 邊坡各段加固治理表

通過有限元軟件對工程所采取的邊坡設計方案進行穩定性分析，可得邊坡穩定性系數為1.366，塑性變形發展趨勢見圖2。加固后，邊坡的淺層滑裂發展為深層潛在滑裂，但塑性變形小，安全系數高。也證實了錨桿和格構梁加固能夠有效地將淺層滑裂土楔體錨固在較好的地層中，以達到邊坡治理的效果。

圖2 邊坡加固塑性應變圖

5 結論及建議

高邊坡的治理措施可從削坡卸載、組織排水、植筋加固及景觀綠化等方面進行設計。本文針對現狀邊坡的破壞形態，分析掌握原始邊坡狀態的薄弱位置，并根據工程地質情況，選擇性的采用邊坡治理手段。并通過局部加固和植被綠化，達到了穩定邊坡、防止滑塌、減少水土流失、豐富景觀及美化環境的效果，促使樂昌峽水利樞紐工程發揮最大的社會經濟效益。