某水庫邊界下方平硐區域穩定性分析

杜 森

（寬城建龍礦業有限公司，河北 承德 067000）

1 概述

某水庫庫容5400 萬m3，壩高80m。水庫東邊界以西72m 下進行了平硐巷道開挖工程。由于平硐硐身巖系含水空間較發育，裂隙貫通性能一般，巖體為弱富水性。平硐掘進后，巖體裂隙發育程度加劇，平硐上方地表河流對平硐地下水間接補給，平硐硐身充水量將隨之增加。如果平硐開挖后，巖體裂隙過分發育，造成水庫內水體對地下水間接補給量增大，則既影響平硐本身的穩定性，也會對水庫安全造成不利的影響。因此，急需對水庫邊界下方平硐區域的穩定性開展研究。

目前，數值模擬方法廣泛的應用于平硐開挖、邊坡穩定性分析等領域[1-4]，其方法的準確性與可靠性得到了十分廣泛的驗證。劉建兵對平硐開挖引起的邊坡穩定性問題進行了數值模擬分析[5-7]。張云鵬應用Ansys 對邊坡的穩定性進行了數值模擬分析[8，9]。均取得了較為理想的研究結果。在借鑒前人工作的基礎上[7，10，11]，采用 Ansys 數值模擬軟件，對水庫邊界下方平硐區域的穩定性進行數值模擬分析。

2 分析區域地質概況

分析區域位于天山北麓中低山區，山脈呈東西向延伸，總地勢南高北低，具有由南向北呈階梯狀遞降的特點。庫壩區附近海拔1554-1637m，相對高差120-160m，塔西河橫穿山體流入準噶爾盆地。水庫庫壩區以峽谷地貌為主，河流總體流向近SN 向，與巖層走向近垂直。庫區河谷呈“U”型，谷底寬 350-900m，谷坡 45-65°，地形較為寬闊，構成較好庫盤，庫區兩岸山勢較高，山體雄厚，基巖裸露，沿河兩岸有階地分布。

表1 力學參數

進入壩區后，地形驟陡，形成高達90-120m 的峽谷地形，俗稱“石門”，河谷呈“U”型，構成良好的壩址地形。在壩前，近東西向分布的山體高聳，奇峰林立，形成山勢雄偉的地貌景觀。壩址下游，河谷開闊，為寬谷地貌，沿河有河漫灘及I-Ⅳ級階地分布，尤以Ⅳ級階地分布最廣泛。

巖性以粉、細砂巖為主，灰色-灰黑色，細膩、砂質膠結，半堅硬；夾薄層粗砂巖及砂礫巖。少見裂隙，未發現斷裂、破碎帶等不良地質體。巖體較為完整，風化不強烈，巖石強度較高。

分析區域水文地質條件較簡單，地下水類型為現代河床及河漫灘砂礫卵石層中的孔隙潛水和大氣降水補給的少量裂隙水。根據鉆孔揭露數據，河床卵礫石層地下水豐富，透水性較大，地下水位埋深0.5-2m，一般為河水補給地下水。裂隙水一般水量很小，分布高程均高于河水位，即壩區基巖裂隙水補給河水。裂隙類充水礦床地下水分布極不均勻，上述結果多取自澇壩灣煤礦副井平硐枯水時節，豐水時節礦井涌水量將有所增大。同時，以上涌水量預算結果，不含井巷突水，老窯、澇壩灣煤礦南部火燒區積水潰入，地表灌水等其它因素。

3 數值模擬分析

根據分析區域地質概況，平硐上方巖層劃分如圖1所示。主要分為粉砂巖與細砂巖。兩種巖體的力學參數如表1 所示。根據巖層劃分，建立Ansys 數值模型，網格劃分如圖2 所示。分別賦予兩種巖體表1 中的力學參數，開展數值模擬分析。

得到豎直位移云圖與水平向位移云圖如圖3 和圖4所示。由圖可知，地表豎直方向沉降位移為0.5982cm，沉降位移十分微小。且上部沉降較為均勻，并未受到平硐開挖影響。而地表水平向位移沒有受到平硐開挖的影響，并未產生相應變化。經過進一步計算，得到豎直應力云圖和水平應力云圖如圖5 和圖6 所示。由圖可知，平硐開挖并未引起淺層巖體豎直應力發生突變。也未引起水平向應力變化，這與位移云圖的計算結果相一致，進一步驗證了結果的準確性。

圖1 平硐區域巖層劃分

圖2 網格劃分

圖3 豎向位移云圖

同時得到分析區域剪切應力云圖如圖7 所示，由圖可知，平硐開挖只在其附近區域引起了剪切應力變化，并未對地表造成影響。

圖4 水平向位移云圖

圖5 豎向應力云圖

圖6 水平向應力云圖

圖7 剪切應力云圖

4 結論

平硐開挖后，地表豎直位移沉降值為0.5982cm，沉降位移十分微小，且地表附近淺層巖體沉降均勻，同時，水平向位移也沒有發生突變，地表并未受到平硐開挖影響而引起大范圍位移沉降突變。同時，平硐開挖并未引起淺層巖體豎直應力與水平向應力發生突變。剪切應力也只對平硐開挖區域有一定影響。這與位移沉降結果的變化趨勢相一致，兩者相互驗證，進一步驗證了結果的準確性。綜上所述，平硐開挖不會對上部水庫邊界造成不利影響。