庫水位驟降邊坡穩定分析中的應用建議

潘熾成，鄭仲園

（廣東省水利電力勘測設計研究院,廣東 廣州 510635）

0 引言

庫水位驟降是誘發庫區邊坡失穩的重要因素，庫水位驟降會導致邊坡水壓突然卸載，邊坡內部水體來不及排出，與坡外水體形成的高水位差，水位線出現“滯后”效應，內部孔壓變化，有效應力降低，指向邊坡體外部的滲流力加劇邊坡失穩，從而導致滑坡[1～6]。滑坡會造成損壞庫區周圍的基礎設施，影響水庫的正常運行，對周圍居民的生命財產造成威脅。

本文結合云霄抽水蓄能電站管理營地邊坡工程，通過應用AutoBank軟件對考慮庫水位驟降的回填邊坡進行穩定性分析和優化設計，對回填邊坡設計方案進行總結，為今后的工程設計與施工提供參考。

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，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，按裝機容量確定為一等大（1）型工程。其中，在電站管理營地生產生活區內由于場地回填等原因，產生高回填邊坡。因庫水位驟降等原因，需要對邊坡進行穩定分析和防護設計，使其達到規范安全要求。

電站管理營地場地設計高程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，現狀為魚塘。周圍地表水體多匯入魚塘內，坡腳離下庫進出水口約50 m，坡頂為電站管理營地景觀廣場、運動場和倉庫等建筑物，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，坡比為1∶3，每級高度10m，兩級邊坡之間設置寬2.0 m的馬道，坡面采用干砌石護坡，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 水文地質情況

管理營地回填邊坡現狀為一山間凹溝，周邊山體山頂高程140 m～150 m，呈圈椅狀環繞，南側山脊薄，西側山脊厚。現狀溝底高程100.8 m～115.5 m，西北側低，東南側高。溝坡坡度以30°～40°，近溝底段坡陡，往山頂坡變緩。根據鉆探、地質測繪揭露，管理營地范圍出露的山體基巖為白堊系上統浯田單元（K1Wt）侵入鉀長花崗巖，出露有基巖全風化帶、強風化帶及弱風化帶，回填范圍內除魚塘塘底位置出露有基巖強風化帶，其余以基巖全風化帶為主，巖土材料強度參數見表1。

表1 計算參數表

坡積層：為砂質黏土，呈棕黃～土黃色，可塑～硬塑狀，呈含巖屑碎塊狀土體。風化較完全，含少量強風化巖碎塊；

風化巖：淺灰白～淺肉紅色，細中粒花崗結構，發育晶洞。裂隙較發育，以中陡傾角為主，局部較破碎，巖體為塊狀結構。

區域內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構面制約，地下水主要受大氣降雨補給，地下水位的升降有季節性，未發現有裂隙承壓水。

3 邊坡原方案穩定性分析

本次采用有限元分析軟件Autobank對邊坡進行穩定分析，由于營地邊坡水位變幅快，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，時長為13.3 h，庫水位下降速率為1.91 m/h，地震加速度為0.124 g。

邊坡穩定計算結果，見圖3。本次計算穩定滲流期采用有效應力法，水位降落期采用總應力法，采用畢肖普法進行邊坡深層滑動穩定分析。原方案各種工況抗滑穩定計算成果見表2。

圖3 邊坡穩定計算結果

表2 邊坡抗滑穩定計算成果表（原方案）

通過有限元的分析可知，在正常蓄水位條件下，邊坡穩定性系數為1.50，滿足規范允許值。在驟降和抗震條件下，邊坡的穩定性系數均小于規范允許值，存在邊坡失穩的風險。其主要原因是庫水位驟降導致邊坡內部水體來不及排出，水位線出現“滯后”效應，有效應力降低，回填土料較大的土體重力以及較低的抗剪強度導致邊坡失穩，邊坡滑弧斷面出現在全～強風化巖上方的回填土料中，因此原方案需要進行邊坡優化設計。

4 邊坡優化設計

根據原方案計算結果，發現滑弧斷面出現在回填土料中，因此針對分析結果，制定了以下方案進行優化。在回填邊坡內側靠山體采用土料碾壓回填，邊坡靠水庫外側采用堆石，外邊坡坡比為1∶3，坡頂寬度8 m，內邊坡坡比為1∶1，坡面采用干砌石護坡，堆石料區和土料區采用過渡料、反濾料和土工膜分隔，邊坡剖面圖見圖4。優化方案各種工況抗滑穩定計算成果見表3。

圖4 回填邊坡剖面圖（優化方案）

表3 邊坡抗滑穩定計算成果表（優化方案）

通過有限元分析結果可知，各種工況下的邊坡穩定性系數均滿足規范要求，邊坡整體處于穩定狀態，在邊坡外側采用堆石壓重的方式，邊坡最危險滑弧斷面出現在回填土料下方的風化巖中，邊坡的淺層滑裂發展為深層潛在滑裂，可有效地提高回填邊坡的穩定性。

5 結論及建議

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

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

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