庫水位驟降邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用建議

潘熾成，鄭仲園

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510635）

0 引言

庫水位驟降是誘發(fā)庫區(qū)邊坡失穩(wěn)的重要因素，庫水位驟降會(huì)導(dǎo)致邊坡水壓突然卸載，邊坡內(nèi)部水體來不及排出，與坡外水體形成的高水位差，水位線出現(xiàn)“滯后”效應(yīng)，內(nèi)部孔壓變化，有效應(yīng)力降低，指向邊坡體外部的滲流力加劇邊坡失穩(wěn)，從而導(dǎo)致滑坡[1～6]。滑坡會(huì)造成損壞庫區(qū)周圍的基礎(chǔ)設(shè)施，影響水庫的正常運(yùn)行，對(duì)周圍居民的生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。

本文結(jié)合云霄抽水蓄能電站管理營(yíng)地邊坡工程，通過應(yīng)用AutoBank軟件對(duì)考慮庫水位驟降的回填邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)回填邊坡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總結(jié)，為今后的工程設(shè)計(jì)與施工提供參考。

1 工程概況

云霄抽水蓄能電站站址位于福建省漳州市云霄縣火田鎮(zhèn)，站址距漳州市、廈門市、泉州市的直線距離分別為52 km、81 km、150 km，按裝機(jī)容量確定為一等大（1）型工程。其中，在電站管理營(yíng)地生產(chǎn)生活區(qū)內(nèi)由于場(chǎng)地回填等原因，產(chǎn)生高回填邊坡。因庫水位驟降等原因，需要對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析和防護(hù)設(shè)計(jì)，使其達(dá)到規(guī)范安全要求。

電站管理營(yíng)地場(chǎng)地設(shè)計(jì)高程138 m，回填底高程為104 m，回填邊坡高度34 m。回填邊坡坡腳處，現(xiàn)狀為魚塘。周圍地表水體多匯入魚塘內(nèi)，坡腳離下庫進(jìn)出水口約50 m，坡頂為電站管理營(yíng)地景觀廣場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和倉庫等建筑物，邊坡平面圖如圖1 所示。回填邊坡原方案采用土料碾壓回填，共劃分4 級(jí)，坡比為1∶3，每級(jí)高度10m，兩級(jí)邊坡之間設(shè)置寬2.0 m的馬道，坡面采用干砌石護(hù)坡，剖面圖見圖2。

圖1 回填邊坡平面圖

圖2 回填邊坡剖面圖（原方案）

2 水文地質(zhì)情況

管理營(yíng)地回填邊坡現(xiàn)狀為一山間凹溝，周邊山體山頂高程140 m～150 m，呈圈椅狀環(huán)繞，南側(cè)山脊薄，西側(cè)山脊厚。現(xiàn)狀溝底高程100.8 m～115.5 m，西北側(cè)低，東南側(cè)高。溝坡坡度以30°～40°，近溝底段坡陡，往山頂坡變緩。根據(jù)鉆探、地質(zhì)測(cè)繪揭露，管理營(yíng)地范圍出露的山體基巖為白堊系上統(tǒng)浯田單元（K1Wt）侵入鉀長(zhǎng)花崗巖，出露有基巖全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶及弱風(fēng)化帶，回填范圍內(nèi)除魚塘塘底位置出露有基巖強(qiáng)風(fēng)化帶，其余以基巖全風(fēng)化帶為主，巖土材料強(qiáng)度參數(shù)見表1。

表1 計(jì)算參數(shù)表

坡積層：為砂質(zhì)黏土，呈棕黃～土黃色，可塑～硬塑狀，呈含巖屑碎塊狀土體。風(fēng)化較完全，含少量強(qiáng)風(fēng)化巖碎塊；

風(fēng)化巖：淺灰白～淺肉紅色，細(xì)中粒花崗結(jié)構(gòu)，發(fā)育晶洞。裂隙較發(fā)育，以中陡傾角為主，局部較破碎，巖體為塊狀結(jié)構(gòu)。

區(qū)域內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水，它賦存于層間介面、斷層裂隙之中，巖層的透水性和地下水位埋深受這些結(jié)構(gòu)面制約，地下水主要受大氣降雨補(bǔ)給，地下水位的升降有季節(jié)性，未發(fā)現(xiàn)有裂隙承壓水。

3 邊坡原方案穩(wěn)定性分析

本次采用有限元分析軟件Autobank對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，由于營(yíng)地邊坡水位變幅快，因此考慮了正常蓄水位、正常蓄水位降至死水位以及地震情況下正常蓄水位降至死水位三種工況的穩(wěn)定性分析。水庫正常蓄水位133.5 m，死水位108 m，水位降落期為正常蓄水位降至死水位，時(shí)長(zhǎng)為13.3 h，庫水位下降速率為1.91 m/h，地震加速度為0.124 g。

邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，見圖3。本次計(jì)算穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法，水位降落期采用總應(yīng)力法，采用畢肖普法進(jìn)行邊坡深層滑動(dòng)穩(wěn)定分析。原方案各種工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。

圖3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

表2 邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表（原方案）

通過有限元的分析可知，在正常蓄水位條件下，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.50，滿足規(guī)范允許值。在驟降和抗震條件下，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)均小于規(guī)范允許值，存在邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。其主要原因是庫水位驟降導(dǎo)致邊坡內(nèi)部水體來不及排出，水位線出現(xiàn)“滯后”效應(yīng)，有效應(yīng)力降低，回填土料較大的土體重力以及較低的抗剪強(qiáng)度導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，邊坡滑弧斷面出現(xiàn)在全～強(qiáng)風(fēng)化巖上方的回填土料中，因此原方案需要進(jìn)行邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)原方案計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)滑弧斷面出現(xiàn)在回填土料中，因此針對(duì)分析結(jié)果，制定了以下方案進(jìn)行優(yōu)化。在回填邊坡內(nèi)側(cè)靠山體采用土料碾壓回填，邊坡靠水庫外側(cè)采用堆石，外邊坡坡比為1∶3，坡頂寬度8 m，內(nèi)邊坡坡比為1∶1，坡面采用干砌石護(hù)坡，堆石料區(qū)和土料區(qū)采用過渡料、反濾料和土工膜分隔，邊坡剖面圖見圖4。優(yōu)化方案各種工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。

圖4 回填邊坡剖面圖（優(yōu)化方案）

表3 邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表（優(yōu)化方案）

通過有限元分析結(jié)果可知，各種工況下的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)均滿足規(guī)范要求，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在邊坡外側(cè)采用堆石壓重的方式，邊坡最危險(xiǎn)滑弧斷面出現(xiàn)在回填土料下方的風(fēng)化巖中，邊坡的淺層滑裂發(fā)展為深層潛在滑裂，可有效地提高回填邊坡的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論及建議

本文通過AutoBank軟計(jì)算回填邊坡的穩(wěn)定分析得出對(duì)庫岸回填邊坡安全穩(wěn)定的影響因素并提出建議：

（1）在回填邊坡內(nèi)側(cè)靠山體采用土料碾壓回填，邊坡靠水庫外側(cè)采用堆石等措施，能有效地提高土體的透水性，減少水位線出現(xiàn)“滯后”效應(yīng)。

（2）堆石料區(qū)和土料區(qū)采用過渡料、反濾料和土工膜分隔，有效避免土料區(qū)因庫水驟降引起的土體自重有效應(yīng)力降低，土體重力以及較低的抗剪強(qiáng)度導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的情況。