楊房溝水電站特大型危巖WY19穩(wěn)定性分析及防治研究

閆興田 ，段偉鋒，楊日昌，魏寶龍

(1.華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院(福建)有限公司,福州，350003；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州，311122；3.雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，成都，610051)

引言

楊房溝水電站是雅礱江中游河段的第6級(jí)水電站，該電站開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電，總裝機(jī)容量1500MW。壩址區(qū)邊坡高陡，岸坡小斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育，淺表層巖體局部完整性差，為危巖的發(fā)育提供了賦存條件，是危巖等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的高發(fā)地段。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，右岸拱肩槽邊坡開(kāi)挖線外共發(fā)育危巖2處，為Y2-6、WY19(見(jiàn)圖1)。其中WY19位于右岸拱肩槽邊坡上游側(cè)開(kāi)挖線附近，緊鄰壩址區(qū)，方量約50000m3，屬特大型危巖體。該電站工程在大規(guī)模的邊坡爆破、開(kāi)挖活動(dòng)下，會(huì)對(duì)WY19危巖造成擾動(dòng)，有可能誘發(fā)其失穩(wěn)，直接威脅該水電工程的正常建設(shè)。

圖1 右岸拱肩槽邊坡開(kāi)挖線外危巖體分布

危巖穩(wěn)定性研究是危巖體研究的重要內(nèi)容，是進(jìn)行危巖防治方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)[1-5]。研究分析邊坡危巖失穩(wěn)模式，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性，對(duì)于指導(dǎo)工程進(jìn)一步設(shè)計(jì)與施工，以及保證邊坡工程在施工期間和運(yùn)行期間的安全，具有重要的工程實(shí)際意義[6-12]。

1 危巖WY19賦存環(huán)境、邊界條件及失穩(wěn)模式

1.1 危巖WY19賦存環(huán)境

危巖WY19位于右岸拱肩槽上游側(cè)邊坡，邊坡巖性為花崗閃長(zhǎng)巖，弱風(fēng)化，鑲嵌～次塊狀結(jié)構(gòu)，巖體卸荷裂隙發(fā)育，局部張開(kāi)。危巖分布高程為2008m～2105m，前緣陡峻，底部臨空，距離河床高差約39m，距離壩址約40m，緊鄰右岸拱肩槽工程邊坡。其中中后部邊坡坡度45°～60°，前部邊坡坡度75°～80°，邊坡走向?yàn)镹65°W，凸型坡，底部局部掉塊后發(fā)育空腔。面貌見(jiàn)圖2。

圖2 危巖WY19面貌 (單位：m)

1.2 危巖WY19邊界條件

危巖WY19主要發(fā)育6組結(jié)構(gòu)面：①斷層f22-1：產(chǎn)狀：N80°W，NE∠75°，寬1cm～3cm，帶內(nèi)為碎塊巖、片狀巖，呈弱風(fēng)化狀，面鐵錳質(zhì)渲染，夾1mm～2mm巖屑及2mm～3mm鈣質(zhì)；②斷層f16：EW，N∠45°～50°，寬20cm～30cm，帶內(nèi)為片狀巖，呈強(qiáng)風(fēng)化狀，面平直，見(jiàn)擦痕，下盤(pán)巖體破碎；③卸荷裂隙L13：N65°W，NE∠40°，面起伏粗糙，夾2cm～3cm巖屑，見(jiàn)鐵錳質(zhì)渲染，地表張開(kāi)20cm～30cm，延伸長(zhǎng)30m～40m；④節(jié)理1：EW N∠65°～70°，部分張開(kāi)0.5cm～1cm，面起伏粗糙，平行發(fā)育間距0.5m～1.0m；⑤節(jié)理2：N70°W，NE∠40°，微張，充填片狀巖、巖屑，面起伏粗糙，斷續(xù)延伸；⑥節(jié)理3：N45°W，NE∠75°，微張，面起伏粗糙，平行發(fā)育間距1.5m～2.5m。

受上述結(jié)構(gòu)面切割組合影響形成的特大型危巖，巖體完整性差為主，局部較破碎，方量約50000m3，整體處于半切割～全切割狀態(tài)，穩(wěn)定性差。

1.3 可能的失穩(wěn)模式

危巖WY19傾向山外，斷層f22-1和節(jié)理③形成后緣拉裂面，斷層f16、節(jié)理②和卸荷裂隙L13形成底滑面，在重力和水壓力作用下，危巖WY19底部的巖橋可能沿著裂隙方向被拉斷，可能會(huì)形成滑移式破壞。

2 危巖體穩(wěn)定性分析

2.1 定性分析

據(jù)已有研究，影響危巖穩(wěn)定的主要因素包括巖體所處的地形坡度、控制性結(jié)構(gòu)面的傾角大小、巖體切割狀態(tài)及結(jié)構(gòu)面張開(kāi)程度。

將影響危巖穩(wěn)定性的因素逐一分析，并根據(jù)《水電工程危巖體工程地質(zhì)勘測(cè)及防治規(guī)程》，危巖體地形陡峭，坡度40°～45°為主，結(jié)構(gòu)面普遍張開(kāi)，斷續(xù)充填泥質(zhì)、巖屑，控制性結(jié)構(gòu)面順坡向，傾角小于坡角，不利組合較完備，判別危巖WY19穩(wěn)定性為差。

2.2 定量分析

2.2.1 計(jì)算模型

計(jì)算沿底滑面卸荷裂隙L13傾向選取3個(gè)計(jì)算剖面，剖面間距10m，其平面示意見(jiàn)圖3，計(jì)算剖面見(jiàn)圖4-圖6。

圖3 危巖WY19邊界條件平面示意

圖4 1-1剖面

圖5 2-2剖面

圖6 3-3剖面

根據(jù)已揭露的地質(zhì)條件判斷，斷層f22-1、節(jié)理③和斷層f16組合形成不利塊體1；斷層f22-1、節(jié)理③和節(jié)理②組合形成不利塊體2；斷層f22-1、節(jié)理③和卸荷裂隙L13組合形成不利塊體3。

2.2.2 計(jì)算方法

塊體1、塊體2、塊體3失穩(wěn)模式均為平面滑動(dòng)破壞，采用二維剛體極限平衡法分別對(duì)塊體1、塊體2、塊體3進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，分別計(jì)算處理前、開(kāi)挖后、開(kāi)挖且錨固后的塊體穩(wěn)定性。

2.2.3 計(jì)算工況

穩(wěn)定計(jì)算分處理前、開(kāi)挖后、開(kāi)挖且錨固后3個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算：

(1)持久工況(蓄水)：主要受自重作用、庫(kù)水作用；

(2)短暫工況(暴雨)：暴雨工況，主要受自重作用，此時(shí)結(jié)構(gòu)面處于飽和狀態(tài)；

(3)偶然工況(地震)：遭遇地震情況，考慮蓄水工況加地震作用力。

2.2.4 計(jì)算結(jié)果

在對(duì)WY19特大型危巖處理前，塊體1、塊體2、塊體3穩(wěn)定性分析如下：

處理前，塊體1、塊體2、塊體3穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表1-表3所示。

表1 塊體1穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表2 塊體2穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表3 塊體3穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，塊體1在各種工況下均滿足規(guī)范要求；塊體2在暴雨工況下不滿足規(guī)范要求；塊體3的穩(wěn)定性比塊體1、塊體2較差，為控制性塊體，且1-1剖面為控制性剖面，塊體3在暴雨工況下不滿足規(guī)范要求。

3 危巖體防治措施及工程效果

3.1 防治措施

通過(guò)對(duì)楊房溝水電站右岸危巖WY19的穩(wěn)定性分析，明確了其防治措施為局部開(kāi)挖+系統(tǒng)錨固。首先對(duì)右岸WY19特大型危巖表層卸荷松動(dòng)巖體及倒懸部分進(jìn)行開(kāi)挖，然后進(jìn)行系統(tǒng)錨固處理。具體如下：

(1)自上而下清除坡面浮渣、松動(dòng)開(kāi)裂塊體；

(2)高程2078.00m～2010.00m分兩級(jí)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖，坡比為1∶0.2，在高程2040.00m設(shè)置2.5m寬?cǎi)R道；

(3)高程2081.00m～2021.00m布置13排2000kN錨索；

(4)高程2010.00m～2102.00m，對(duì)右岸拱肩槽邊坡上游開(kāi)口線至右岸攔污漂固定墩上游側(cè)開(kāi)挖邊線范圍內(nèi)的開(kāi)挖坡及自然坡進(jìn)行系統(tǒng)噴錨。

3.2 效果評(píng)價(jià)

開(kāi)挖后，由于塊體2、塊體3在暴雨工況下安全系數(shù)仍不滿足規(guī)范要求，經(jīng)計(jì)算，為滿足規(guī)范要求，需在高程2081.00m～2021.00m布置13排2000kN預(yù)應(yīng)力錨索。開(kāi)挖且錨固后，塊體1、塊體2、塊體3穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表4-表6所示。

表4 塊體1穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表5 塊體2穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表6 塊體3穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

復(fù)核計(jì)算表明，開(kāi)挖且錨固后，塊體1在各工況下安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，且有較大安全余度；塊體2在各工況下安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，且有一定安全余度；塊體3在各工況下安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

(1)在開(kāi)挖前，特大型危巖WY19的塊體1在各工況下安全系數(shù)均是滿足規(guī)范要求的，塊體2、塊體3在暴雨工況不滿足規(guī)范要求，需要采取措施。

(2)對(duì)特大型危巖WY19采取先清坡后系統(tǒng)錨固的防治措施，復(fù)核計(jì)算表明特大型危巖WY19各塊體均滿足穩(wěn)定要求。

(3)危巖WY19的治理實(shí)踐表明該防治措施效果良好。