寶興邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及工程治理論文新

1、四川寶興水電站進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析與治理Stability analysis and reinforcement for intake slope of Baoxing hydropower station張富榮 （中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北院工程地質(zhì)勘察研究所 730050）摘要：本文通過(guò)總結(jié)寶興水電站進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析和治理的成功經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單介紹了由破碎巖體構(gòu)成的特殊巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和治理的方法和措施。該邊坡由塊狀結(jié)構(gòu)的破碎巖體組成，它的破壞既不屬于順層滑動(dòng)，也不同于結(jié)構(gòu)面組合滑動(dòng)或反坡向傾倒、崩塌等，與滑坡的最大區(qū)別在于無(wú)統(tǒng)一的滑動(dòng)面。對(duì)該邊坡的穩(wěn)定性分析，首先在進(jìn)行工程地質(zhì)分區(qū)的基礎(chǔ)上，確

2、定了潛在的滑移邊界，采用計(jì)算程序進(jìn)行反演分析，最終確定最危險(xiǎn)滑移面，根據(jù)巖體和結(jié)構(gòu)面的特性選取參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)計(jì)算結(jié)果，確定了較為合理、可行、可靠的治理方案，取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：邊坡 穩(wěn)定性分析 治理 Abstract: Through the successful experience on the Stability analysis and reinforcement for intake slope of Baoxing hydropower station ,This article simply introduced the method how to research o

3、n the Stability analysis and reinforcement of special rock slope constituted by cataclastic rock. This slope is neither belong to bedding slip, nor sliding by association of structural plane or overturn in counter-inclined structure , the biggest difference of landslide is the slope have not the uni

4、form slip face . Stability analysis on this slope , The writer firstly defined the potential slip face, and use Geo-slope for inversion analysis, finally determine the most dangerous slip face, and choose parameters which based on the characters of rockmass and structural plane to calculate the stab

5、ility. Rely on the result of calculation, obtained good effectiveness by the proper, feasible, credible reinforcement.Key words: slope Stability analysis reinforcement1工程簡(jiǎn)介寶興水電站位于四川省雅安市寶興縣境內(nèi)的寶興河主源東河上，是該流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第三級(jí)電站，主要由攔河閘壩、引水隧洞、調(diào)壓井和地下廠房等組成。閘壩建在軟基上，設(shè)計(jì)最大壩高28m，正常蓄水位1352m，引水隧洞沿左岸傍山布置，全長(zhǎng) 18.1Km，設(shè)計(jì)最大水頭34

6、5m，地下廠房裝機(jī)4臺(tái)，總裝機(jī)容量195MW。電站進(jìn)水口布置在左岸，S210改線公路從進(jìn)水口頂部通過(guò)，進(jìn)水口底板高程1332.5m，開(kāi)挖坡比1：0.4，公路路面高程1356.8m，開(kāi)挖坡比3：1（見(jiàn)圖1），原始岸坡坡比1：1。在邊坡開(kāi)挖中發(fā)生塌方，且隨著開(kāi)挖面擴(kuò)大，坍塌范圍不斷向上游及后緣擴(kuò)大，形成了高達(dá)154m的邊坡，坡體產(chǎn)生了明顯的拉裂變形跡象，給公路和進(jìn)水口的施工及運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)重影響。 2邊坡地質(zhì)概況壩址區(qū)河流總體流向?yàn)镹W300°，在壩前轉(zhuǎn)為SN向。邊坡處于河流凹岸，平面上呈“簸箕”狀（圖2），上、下游各發(fā)育一條沖溝，前緣高程1390m為S210公路，后緣高程1510m為一5

7、6m的圈椅狀破裂壁。邊坡縱向坡度約50°，橫向（順河方向）呈鋸齒狀起伏。前期勘察資料表明，在1400m高程以上為第四系全新統(tǒng)坡積（Q4dl）碎石土零星覆蓋，坡積層厚1015m。1400m高程以下出露元古界澄江晉寧期第四期花崗巖（2(4)），基層呈塊狀構(gòu)造，碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)， 圖1 設(shè)計(jì)邊坡開(kāi)挖圖 完整性差。地表有深1015m的強(qiáng)風(fēng)化層和1023m的卸荷帶。 由于地層古老，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖體中斷裂構(gòu)造發(fā)育。其中F2斷層從左岸壩前通過(guò)，沿邊坡下游側(cè)沖溝展布，走向NE50°，傾向NW，傾角67°，與岸坡斜交，傾上游偏岸外，破碎帶寬度1.5m，由角礫巖、糜棱巖及斷層泥組

8、成，上盤(pán)巖體破碎。發(fā)育的裂隙主要有四組（見(jiàn)表1），除第組與邊坡走向近平行外，其余均于邊坡走向斜交，第、組是控制邊坡穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)面。工程區(qū)屬內(nèi)陸亞熱帶氣候，降雨頻繁，尤其在69月份暴雨和特大暴雨較多，多年平均雨量984mm，最大日降雨可達(dá)123.5mm，由此引發(fā)的滑坡、崩塌、泥石流較為多見(jiàn)。 表1 表邊坡裂隙分組表走向分組產(chǎn) 狀寬度（mm）基本特征連通率（%）走向傾向傾角NENEE40°75°NW4767°520巖屑、巖粉，局部夾泥，成組發(fā)育80NWNWW275°320°NE45°75°0.55巖屑、巖粉、夾泥5060NNW

9、330°355°SW40°60°35巖屑、巖粉3040NNE0°30°SE60°80°0.33巖屑、巖粉，局部夾泥5103邊坡工程地質(zhì)分區(qū)及潛在滑移邊界的確定根據(jù)邊坡的地形、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖體完整性及潛在滑移體特征，劃分了區(qū) （極易滑動(dòng)區(qū)）、區(qū)（易滑區(qū)）、區(qū)（相對(duì)穩(wěn)定區(qū)）和區(qū)（穩(wěn)定區(qū)）四個(gè)區(qū)（圖2、圖3）：（1）I區(qū)（極易滑動(dòng)區(qū)）：位于上、下游沖溝間斜坡中部。表部為厚約34m的第四系坡積碎石土，下伏強(qiáng)風(fēng)化、呈碎裂散體結(jié)構(gòu)的花崗巖，滑移變形跡象明顯。 圖2 邊坡現(xiàn)狀素描圖（2）區(qū)（易滑區(qū)）：后緣及 上游側(cè)部分及區(qū)塌滑后的

10、殘留部分。后緣表層為坡積層碎石土厚度312m，下伏巖體較破碎?？可嫌蝹?cè)部分，表部巖體全風(fēng)化，呈散體結(jié)構(gòu)，間夾泥質(zhì)。區(qū)殘留，體巖體，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)。后緣周邊發(fā)育第組：NE4465°，傾NW， 4560°裂隙與SN，傾W，5065°組裂隙追蹤剪切，形成了后緣的滑移控制面 。（3）區(qū)（相對(duì)穩(wěn)定區(qū)）：為沖溝及前緣中部一帶，巖體為強(qiáng)弱風(fēng)化、 碎裂鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育F2、L2、L1等結(jié)構(gòu)面，塌滑后 圖2 邊坡工程地質(zhì)地質(zhì)平面分區(qū)圖 形成鋸齒狀地形。 （4）區(qū)（穩(wěn)定區(qū)）：1390m 高程以下至坡腳。表層相對(duì)破碎部已塌落或已被挖除，殘留部分完整性較好，呈鑲嵌塊狀結(jié)構(gòu)。 4.邊坡穩(wěn)定性

11、分析4.1影響邊坡穩(wěn)定的主要因素及破壞機(jī)制眾多工程實(shí)踐證明，引起邊坡失穩(wěn)的原因很多，但歸納起來(lái)無(wú)不與邊坡本身所處的地形條件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素和水的活動(dòng)、人工開(kāi)挖、地震、爆破等外在因素有關(guān)。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查和定性分析，該邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)的主要原因是由于地形高陡、構(gòu)造發(fā)育、巖體風(fēng)化破碎，此外，更重要的原因是由于公路開(kāi)挖，導(dǎo)致邊坡臨空加劇，坡腳產(chǎn)生應(yīng)力集中，前緣沿破碎巖體發(fā)生剪切破壞而局部塌滑，同時(shí)，因地表植被遭開(kāi)挖破壞，破碎巖體裸露地表，暴雨地表水直接入滲坡體，使巖體及結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)降低，坡體自重應(yīng)力增加，邊坡上部巖體產(chǎn)生變形、拉裂。根據(jù)以上分析認(rèn)為，其破壞機(jī)制屬淺層蠕滑拉裂變

12、形破壞。4.2邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算4.2.1計(jì)算方法和邊界條件確定由于邊坡巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，破碎嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)蠕滑拉裂破壞，坡體的整體性遭到進(jìn)一步破壞，塊體間基本上失去了咬合力，巖體的內(nèi)聚力降低，其破壞模型近于松散邊坡的破壞模式，因此，計(jì)算采用了國(guó)際上廣泛應(yīng)用的邊坡穩(wěn)定計(jì)算程序。首先根據(jù)塌滑后邊坡的現(xiàn)狀，假定若干滑動(dòng)圓弧并一一進(jìn)行穩(wěn)定性反演分析，最后自動(dòng)搜尋最危險(xiǎn)滑弧(即穩(wěn)定安全系數(shù)最小)，求得最小的穩(wěn)定安全系數(shù)，在以下三種條件下進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。以反算所得滑弧為邊界條件，以巖體的力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)值為基礎(chǔ)給出滑弧巖體參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算；選擇F2和第組等不利結(jié)構(gòu)面為邊界條件，以結(jié)構(gòu)面參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算；根據(jù)地質(zhì)分析

13、確定的潛在滑移面為邊界條件，巖體的綜合參數(shù)適當(dāng)折減后進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。4.2.2計(jì)算剖面和參數(shù)選取計(jì)算時(shí)選取通過(guò)已塌滑部分最長(zhǎng)的2-2剖面和通過(guò)最高拉裂縫的3-3剖面為計(jì)算斷面，選取以下參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。巖體：c=0.150.20，f=0.500.55；F2：c=0.050.10，f=0.350.40；組結(jié)構(gòu)面：c=0.100.15，f=0.400.45；覆蓋層（Q4）：g20KN/m3，c=10KPa，f=0.35；松動(dòng)巖體：g25KN/m3，c=100KPa，f=0.50；4.2.3計(jì)算結(jié)果和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)對(duì)已滑部分采用以上反演分析方法計(jì)算結(jié)果：最危險(xiǎn)滑面前緣剪出口在1371m高程左右，后緣拉裂點(diǎn)在

14、1450m高程左右，最小安全系數(shù)為0.975，將計(jì)算的拉裂點(diǎn)位置與現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)比，結(jié)果比較吻合，說(shuō)明采用的程序和計(jì)算參數(shù)是合適的。對(duì)于未滑邊坡按上述三種假定條件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下表2。表2 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算條件不同計(jì)算斷面下的Kc值2-2剖面3-3剖面1.0360.5390.8430.9072.3671.43由表中計(jì)算結(jié)果可知：在第、第種條件下求得的Kc值均較小，說(shuō)明邊坡在此種狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若考慮暴雨或其它因素的影響，隨時(shí)有可能產(chǎn)生塌滑。而在第種條件下，Kc值均稍大于1，說(shuō)明邊坡相對(duì)穩(wěn)定，塌滑破壞的可能性較小。由于3-3斷面覆蓋層較厚、范圍較大，人工開(kāi)挖坡角以上坡面臨空比較嚴(yán)重，表層

15、植被被破壞，邊坡的穩(wěn)定性更差。5 邊坡治理措施根據(jù)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性分析，確定了治理方案，其治理原則是按不同部位、不同高程、不同的穩(wěn)定狀況采取相應(yīng)措施（見(jiàn)圖3）。（1）削坡減載和周邊排水：主要針對(duì)邊坡上部區(qū)和表層的第四系覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化松散巖體，達(dá)到減輕整個(gè)邊坡的荷重的目的。同時(shí)，為了保護(hù)整個(gè)邊坡不受大的流水侵蝕，在周邊設(shè)置了混凝土排水溝。（2）系統(tǒng)錨桿和掛網(wǎng)噴護(hù)：主要針對(duì)區(qū)和區(qū)下伏相對(duì)較完整巖體，在1400m高程以上坡面，采用掛網(wǎng)噴護(hù)及系統(tǒng)錨桿加固，錨筋直徑25（二級(jí)鋼筋），長(zhǎng)3m，間排距2×2m，掛網(wǎng)鋼筋為8（一級(jí)鋼筋）間距20cm×20cm，噴混凝土8cm，并設(shè)80mm反濾

16、排水管，深度不小于6m，上仰角不小于5°，間排距3m。局部破碎地段采用了自進(jìn)式錨桿。（3）混凝土框格梁和預(yù)應(yīng)力錨索：主要針對(duì)1400m高程以下區(qū)，采用砼框格梁，在結(jié)點(diǎn)處設(shè)100t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索， 圖3 邊坡治理平面布置圖共14根，分上下兩層布置，以增強(qiáng)邊坡巖體的整體性和抗滑性能。（4）坡腳擋墻和公路排水：為了防止前緣進(jìn)一步坍塌，在坡腳設(shè)置高為3m的重力式漿砌塊石擋墻，以保護(hù)坡腳。并在坡腳公路里側(cè)設(shè)置混凝土排水溝，并與周邊排水溝構(gòu)成排水系統(tǒng)（圖3、圖4）。6 治理后邊坡的穩(wěn)定分析為了定量評(píng)價(jià)治理后的邊坡穩(wěn)定性，首先在清除表層松散體后，仍采用上述方法進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，邊坡的穩(wěn)定性有

17、明顯的提高，通過(guò)進(jìn)一步的掛網(wǎng)噴錨加固后，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)（表3）均滿足計(jì)要求，且有較大的安全裕度，保證了邊坡的永久穩(wěn)定性。通過(guò)一年來(lái)的監(jiān)測(cè)資料和運(yùn)行證明，邊坡的穩(wěn)定性良好，變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低 圖4 處理后的邊坡照片于設(shè)計(jì)允許值，治理取得了良好的效果。 表3 清除覆蓋層后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算斷面2-2剖面3-3剖面2.261.872.122.032.7472.276結(jié)束語(yǔ)(1)邊坡穩(wěn)定問(wèn)題是水利水電工程中常見(jiàn)的工程地質(zhì)問(wèn)題，本文所探討的是由于工程開(kāi)挖形成的高邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題。該斜坡在開(kāi)挖前是穩(wěn)定的，隨著開(kāi)挖邊坡的形成，前緣產(chǎn)生局部坍塌，由于未及時(shí)采取措施，使坍塌范圍不斷擴(kuò)大，最終形成了154m的高邊坡，給公路和電站的施工和運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響，不得不采取徹底的治理措施。（2）通過(guò)地面地質(zhì)調(diào)查和分析，首先依據(jù)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及巖體結(jié)構(gòu)等對(duì)邊坡進(jìn)行了工程地質(zhì)分區(qū)，根據(jù)不同的分區(qū)確定了潛在的滑移面和地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行了反演分析和穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算結(jié)果較真實(shí)的反映了該邊坡的現(xiàn)狀，為邊坡的治理提供了可知依據(jù)。（3）根據(jù)定性和定量的分析，在不高程、不同部位分別采取了不同的