某水利樞紐工程邊坡危巖體敏感性分析

鄧劍峰

(廣東西江建設發展有限公司，廣東 肇慶 526070)

1 工程概況

水庫樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、放水洞及電站等。壩型為黏土心墻砂殼壩，全長1200 m，頂寬7.5 m，壩高26.7 m。水庫溢洪閘于1966年建成，弧形鋼閘門，尺寸為10.0 m×8.0 m，共4扇，閘底板高程146.0 m，設計最大泄流量2773 m3/s。水電站建于1976年，裝機3臺容量600 kW，設計流量27.9 m3/s。在壩址區附近，河床向右岸侵蝕，沿岸邊坡形成危巖體[1]。

2 危巖體的敏感因子權重

基于層次分析法確定水利樞紐邊坡危巖體的敏感因子權重，其判斷矩陣(A)如式(1)所示。

(1)

式中：A為判斷矩陣；aij為對比分析標度。其判斷標準如表1所示。

表1 對比分析標度及其含義

根據上述判斷矩陣及對比分析標度，可計算得出影響不同破壞類型水利樞紐邊坡危巖體的敏感因子權重，其計算結果如表2所示。由表可知，不同破壞類型的邊坡危巖的敏感因子權重具有一致性，其中，危巖密度因子的權重最大，不同破壞形式的因子評價值為0.302，該因素的變化對于水利樞紐邊坡危巖體的影響較大；地震烈度因子的權重最小，不同破壞形式的因子評價值為0.027，該因素的變化對于水利樞紐邊坡危巖體的影響較小。危巖密度、風化程度及危巖自重的因子權重占總因子權重的60 %以上，以上因素為影響水利樞紐邊坡危巖體的主要因素，在實際工程中，需要重點關注以上因素對水利樞紐邊坡危巖體安全性的影響[2-3]。

表2 邊坡危巖體敏感因子

3 危巖體數值模擬分析

3.1 滑移式危巖體分析

為驗證采用層次分析法對水利樞紐邊坡滑移式危巖體進行敏感性分析的可行性，采用有限元軟件對水利樞紐滑移式危巖體的最大位移進行分析(模型圖見圖1)，以驗證層次分析法的準確性，分別選取9處邊坡危巖體進行分析，滑移式危巖體相關參數如表3所示。

圖1 數值模型

表3 滑移式危巖體相關參數

根據上述邊坡危巖體參數，計算得出水利樞紐邊坡危巖體不同參數的最大位移如圖2所示。由圖可知，不同邊坡危巖體的最大位移具有一定的差異性，其中，邊坡危巖體6的最大位移有最大值，其值為42.24 cm，邊坡危巖體4的最大位移有最小值，其值為26.07 cm，二者間的最大位移差距為16.17 cm，說明不同參數的邊坡危巖體的位移量具有一定的差異性。邊坡危巖體3與邊坡危巖體9間的黏聚力差距較大，其差值為20.4 kPa，但是二者間的最大位移差距較小，僅為6.89 cm，說明黏聚力對水利樞紐邊坡危巖體最大位移的影響較小。根據表3可知，邊坡危巖體6的危巖自重最大，說明危巖自重對水利樞紐邊坡危巖體的最大位移影響較大，對比表2所示的邊坡危巖體敏感因子權重可得，滑移式危巖體危巖自重的敏感因子為0.162，其數值較大，該因素對水利樞紐邊坡危巖體的影響較大；表2所示的黏聚力的敏感因子為0.046，其數值較小，該因素對水利樞紐邊坡危巖體的影響較小，數值模擬的結果與層次分析法結果一致，采用層次分析法對水利樞紐邊坡滑移式危巖體分析的準確性較高，可應用于實際工程中。

圖2 滑移式危巖體最大位移曲線

3.2 墜落式危巖體分析

為驗證采用層次分析法的可行性，采用有限元軟件對水利樞紐墜落式危巖體的最大位移進行分析，分別選取9處墜落式危巖體進行分析，墜落式危巖體相關參數如表4所示。

表4 墜落式危巖體相關參數

根據上述墜落式危巖體模型參數，計算得出水利樞紐邊坡墜落式危巖體不同參數的最大位移如圖3所示。由圖可知，不同墜落式危巖體的最大位移在25 ～ 45 cm間，其波動范圍較大，其中，邊坡危巖體8的最大位移有最大值，其值為42.69 cm，邊坡危巖體4的最大位移有最小值，其值為26.11 cm，二者間的最大位移差距為16.58 cm，說明不同模型參數的危巖體的最大位移具有一定的差異性，當相關因素發生變化時，危巖體的最大位移也隨之變化。由表4可得，邊坡危巖體7的危巖體危巖自重最大，大于邊坡危巖體8，但是其最大位移小于邊坡危巖體8，說明危巖自重不是影響危巖體最大位移的最主要因素，對比滑移式危巖體可得，危巖自重對滑移式危巖體位移的影響程度大于墜落式危巖體，滑移式危巖體危巖自重的影響因子權重為0.162，墜落式危巖體危巖自重的影響因子權重為0.147，滑移式危巖體危巖自重的因子權重大于墜落式危巖體危巖自重的因子權重，危巖自重對滑移式危巖體的影響較大，數值模擬結果與層次分析法的結果一致，采用層次分析法的準確性較高。

圖3 墜落式危巖體最大位移曲線

3.3 傾倒式危巖體分析

為驗證采用層次分析法的可行性，分析不同模型參數的水利樞紐傾倒式危巖體的最大位移，分別選取9處傾倒式危巖體進行分析，傾倒式危巖體相關參數如表5所示。

表5 傾倒式危巖體相關參數

根據上述傾倒式危巖體模型參數，計算得出水利樞紐邊坡傾倒式危巖體不同參數的最大位移如圖4所示。由圖可知，傾倒式危巖體的最大位移與以上兩種危巖體的最大位移值較為接近，其最大位移波動范圍在25～45 cm間，其中，邊坡危巖體8的最大位移有最大值，其值為42.91 cm，邊坡危巖體4的最大位移有最小值，其值為26.15 cm，二者間的最大位移差距為16.76 cm。根據表5可得，邊坡危巖體1和邊坡危巖體9對應的黏聚力差距最大，其差值為18.1 kPa，但是二者間的最大位移差距較小，僅為1.02 cm，表明黏聚力的變化對于傾倒式危巖體的影響較小；傾倒式危巖體黏聚力的權重因子僅為0.044，該因素對傾倒式危巖體的影響較小，與數值模擬結果一致[4-6]。

圖4 傾倒式危巖體最大位移曲線

4 結 論

本文以某水利樞紐工程邊坡為背景，基于層次分析法開展敏感性分析，并利用有限元軟件驗證層次分析法的準確性，結果顯示危巖密度因子對水利樞紐邊坡危巖體的影響較大；地震烈度因子對水利樞紐邊坡危巖體的影響相對較小；危巖密度、風化程度及危巖自重的因子權重占總因子權重的60 %以上，為影響水利樞紐邊坡危巖體的主要因素，應當重點關注；數值模擬的結果與層次分析法結果一致，采用層次分析法對水利樞紐邊坡滑移式危巖體分析的準確性較高。本文僅通過研究項目進行分析，結果具有一定的局限性，不同工程邊坡地質環境差異較大，在應用中，需要進一步的分析驗證。