錦屏水電站工程邊坡穩(wěn)定性分析

錦屏水電站工程邊坡穩(wěn)定性分析

錦屏級(jí)水電站位于雅庫河上游，設(shè)計(jì)水庫為雙曲拱橋，水庫高度為305m，電工架道容量為3304.4w，正常蓄水水位為1580m。其泄洪消能采用壩身表孔和深孔布置,表孔設(shè)計(jì)洪水下泄流量為2798m3m/s,深孔設(shè)計(jì)洪水下泄總流量5088m3/s,具有“高水頭,大泄量,陡岸坡,窄河谷”的特點(diǎn)。由于泄洪水頭高、流量大,空中泄流落差大,加上泄洪消能采用分層出流,空中碰撞,壩下水墊塘的布置形式,必將產(chǎn)生泄流霧化,對(duì)霧化區(qū)內(nèi)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響,直接關(guān)系到工程運(yùn)行。本文根據(jù)霧化區(qū)內(nèi)邊坡的結(jié)構(gòu)及變形破裂現(xiàn)狀,結(jié)合霧化特征,對(duì)邊坡在霧化條件下的穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè),為整治工程設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。1水庫區(qū)的工程地質(zhì)背景和洪水霧面積1.1順向坡巖石組合壩址區(qū)地處青藏高原東緣,壩址段河流流向約N25°E,河道順直而狹窄,兩岸谷坡高近千米,基巖裸露,為典型的深切“V”型谷。出露地層主要為中上三疊雜谷腦組二段大理巖和三段砂板巖,屬一NNE向倒轉(zhuǎn)向斜之東翼,地層傾向左岸,產(chǎn)狀N15°～80°E/NW∠15°～45°。左岸岸坡為一反向坡,其巖石組合為下部為大理巖、中部為砂板巖、上部又為大理巖的組合形式;右岸岸坡則為由第二段大理巖組成的順向坡。另外,還出露基性云斜煌斑巖脈,呈N60°～80°E方向展布。壩址區(qū)區(qū)域性斷層不發(fā)育,但小斷層、層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶較發(fā)育,與工程密切相關(guān)的有f2、f5、f7、f8、f9、f13和f14。地貌上,左岸1900m高程以下斜坡坡地貌上,左岸1900m高程以下斜坡坡度60°～80°,1900m高程以上斜坡坡度變緩至45°左右,斜坡總體平整性較差,坡面上多見NWW向淺溝;右岸斜坡支溝較發(fā)育,受地質(zhì)結(jié)構(gòu)及河谷演化的控制,不同高程、不同地段谷坡坡度變化較大。1.2大壩下游岸坡洪水霧化分區(qū)預(yù)測(cè)通過二灘水電站、黃河拉西瓦水電站的工程類比分析,結(jié)合錦屏水電站的具體工程情況,得出了普斯羅壩址區(qū)泄洪霧化區(qū)范圍估算值(表1),大壩下游岸坡泄洪霧化分區(qū)預(yù)測(cè)圖見圖1。2分析霧區(qū)邊坡的穩(wěn)定性2.1岸坡巖體結(jié)構(gòu)面特征壩址區(qū)兩岸岸坡由于在巖性、應(yīng)力條件、水文地質(zhì)條件和邊界條件上的差異,在地質(zhì)構(gòu)造作用和岸坡淺表生改造的過程中,兩岸岸坡的巖體結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出明顯的差異。圖2為霧化區(qū)邊坡典型地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面圖。左岸岸坡屬于“雙向?qū)訝钚逼隆?由傾坡內(nèi)的層面和傾坡外的一組密集的構(gòu)造裂隙構(gòu)成。左岸岸坡的淺生改造段在河谷下切的過程中追蹤早期構(gòu)造裂隙發(fā)育有一系列的張性破裂或破裂帶,表生改造段則順坡向傾坡外裂隙較發(fā)育,使得左岸岸坡巖體具有明顯的順坡板裂化特征。地貌上左岸岸坡在淺溝相對(duì)匯水部位有一系列的楔形滑槽,并形成有泥石流堆積體和江中灘?？偟膩碇v,從上游至下游岸坡的變形趨于強(qiáng)烈。Ⅱ勘探線至Ⅰ勘探線之間的拱肩槽上邊坡破壞跡象主要是表部的傾倒拉裂、滑移拉裂、滑移壓致拉裂,破壞后岸坡往往成臺(tái)階狀地貌。Ⅳ、Ⅵ線所在山頭即二號(hào)變形體地貌上呈兩個(gè)山梁夾一淺溝,下游側(cè)以f9斷層淺溝為界為滑移彎曲破壞;平硐所揭示的深部裂縫在中高程1780m左右具有明顯的正錯(cuò)特征,往下變形逐漸減弱,波及深度也變淺;岸坡整體上處于輕微彎曲階段,表部則為滑移壓致拉裂和傾倒拉裂。Ⅲ勘探線下游岸坡在暴雨的條件下已發(fā)生破壞,坡面呈弧丘狀。右岸岸坡為一層面為主要控制面的順向坡,地層巖性為大理巖夾有綠片巖透鏡體。在一定深度發(fā)育有層面裂隙、NW向溶蝕裂隙和NE向剪裂裂隙,其中NW向溶蝕裂隙和層面裂隙構(gòu)成右岸的主要導(dǎo)水裂隙。受上述結(jié)構(gòu)面的影響,岸坡的主要破壞方式為滑移壓致拉裂或滑移拉裂,岸坡上殘留多個(gè)滑坡空腔,空腔后壁呈拱形(圖1)。右岸岸坡除局部的不穩(wěn)定塊體外,地下廠房出水口邊坡變形破裂跡象明顯,稱為猴子包潛在變形破裂體,其控制性結(jié)構(gòu)面g7層間擠壓帶已有明顯的剪脹特征,在NW向f7斷層和NW向陡傾坡外裂隙的影響下構(gòu)成失穩(wěn)塊體。2.2b區(qū)斜坡破壞特征雨霧對(duì)巖體的影響類似于暴雨,對(duì)巖體的穩(wěn)定性影響很大。可以在很短的時(shí)間內(nèi)充入巖體中,使巖體穩(wěn)定性迅速降低,當(dāng)充水達(dá)到一定高度時(shí),巖體就有可能發(fā)生失穩(wěn)。針對(duì)錦屏水電站兩岸岸坡的實(shí)際情況,在雨霧條件下有如下幾種失穩(wěn)模式:平推式滑移破壞、彎曲板梁潰曲破壞、傾倒失穩(wěn)等。根據(jù)岸坡巖體的穩(wěn)定性狀況及其所處泄洪霧化區(qū)的位置,可以將岸坡按其穩(wěn)定性分為六個(gè)區(qū):A、B、C、D、E和F區(qū)(參見圖1)。A區(qū)分為三部分,一部分為左岸Ⅱ勘探線至Ⅰ勘探線之間1800m高程以下岸坡(A1),一部分以右岸岸坡后緣陡壁為界,Ⅱ勘探線至猴子包之間的寬谷斜坡(A2)和右岸Ⅲ勘探線下游斜坡(A3)。A1區(qū)盡管位于泄洪霧化區(qū)的強(qiáng)雨霧范圍內(nèi),但其整體穩(wěn)定性較好,是上部斜坡的鎖固段;A2和A2區(qū)位于泄洪霧化區(qū)的薄霧區(qū),坡面平整呈滑塌空腔,早期發(fā)生過順層滑坡破壞,已有的勘探資料揭示該段斜坡無明顯變形,整體上處于穩(wěn)定狀態(tài)。B區(qū)位于右岸江邊公路一帶岸坡,本區(qū)除局部有可能失穩(wěn)的滑移拉裂塊體(參見圖1)外,斜坡整體穩(wěn)定性較好。這些局部塊體主要分布于PD13平硐下游PD1至PD47交通硐一帶,綠片巖夾層及層間擠壓帶較為發(fā)育,壩區(qū)天然出露的唯一下降泉點(diǎn)即沿該處層間擠壓帶出露,表明該層間結(jié)構(gòu)面延伸較長,連通性較好,在長期的地下水作用下,該結(jié)構(gòu)面溶蝕強(qiáng)烈,局部已明顯架空。其上部的PD45平硐50m以外揭示的NE向陡傾裂隙已有輕度張開,表明該處邊坡已發(fā)生一定的變形,而且處在泄洪霧化區(qū)的射流、暴雨或大雨—中雨區(qū),在強(qiáng)雨霧的作用下極可能發(fā)生平推式滑坡。C區(qū)為左岸Ⅱ勘探線至Ⅰ勘探線之間、1800m高程至2100m高程的拱肩槽上邊坡。斜坡主要由第三段砂板巖組成,位于泄洪霧化區(qū)薄霧區(qū)。斜坡表生改造段有明顯的傾倒現(xiàn)象,追蹤NE向陡傾坡外裂隙形成陡緩相間的控制性剪切滑移面,根據(jù)其在地表上的變形破裂跡象圈定各個(gè)潛在不穩(wěn)定塊體的范圍(參見圖1),它們?cè)诒┯旰托购殪F化的條件下可發(fā)生局部塊體的平推式滑移破壞。D區(qū)斜坡即右岸的猴子包潛在不穩(wěn)定變形破裂體的下部,位于泄洪霧化邊坡的毛毛雨-薄霧區(qū)。如前所述,邊坡失穩(wěn)破壞主要是沿順層的g7擠壓帶的滑移拉裂破壞,受NNW向陡傾裂隙和F7斷層的控制,坡體破壞具有明顯的三維特征。計(jì)算結(jié)果表明,該變形破裂體的穩(wěn)定性很差,穩(wěn)定系數(shù)為1.05,基本處于臨界狀態(tài)。考慮坡體充水后,該變形破裂體的穩(wěn)定性系數(shù)將大大降低(圖3),結(jié)合產(chǎn)生平推式滑坡的臨界充水高度計(jì)算結(jié)果可知變形破裂體在雨霧或特大暴雨的情況下,坡體充水高度達(dá)到20m左右時(shí)將失穩(wěn)。E區(qū)指前文所提及的二號(hào)變形破裂體所在區(qū)域,位于泄洪霧化區(qū)的毛毛雨-薄霧區(qū)。變形體表部變形破裂跡象十分明顯,波及深度達(dá)40～50m,主要表現(xiàn)為滑移壓致拉裂、傾倒拉裂和滑移彎曲,變形破裂縫中大多充有次生泥、沙土或草根。緊密擠壓帶內(nèi)側(cè)板裂化巖體穩(wěn)定性受地下水活動(dòng)影響較大,已發(fā)生明顯彎曲的板裂化巖體在孔隙水揚(yáng)壓力的作用下,就會(huì)發(fā)生隆起破壞。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)變形體坡體充水高度達(dá)到坡體高度的1/5時(shí)就會(huì)發(fā)生潰曲破壞,表部巖體在地表水滲入后,穩(wěn)定性大大降低,在有利于匯水部位發(fā)生局部的楔形槽狀破壞,表部巖體的破壞將直接推進(jìn)緊密擠壓帶內(nèi)側(cè)巖體的彎曲變形。F區(qū)指左岸下游的弧丘狀岸坡,這一帶變形破裂為左岸岸坡變形最強(qiáng)烈處,坡面殘留有滑塌空腔,部分處于泄洪霧化區(qū)的薄霧區(qū)范圍。3裂體破壞模式鑒于不同的分區(qū)所處的工程部位和雨霧的強(qiáng)度及其對(duì)工程的影響不同,對(duì)可能失穩(wěn)的岸坡提出了如下工程處理措施:施工清除、工程加固、坡頂削方減載、坡面排水和內(nèi)部排水等措施。(1)D猴子包潛在變形破裂體位于尾水口出口邊坡,針對(duì)其在雨霧條件下的破壞模式,應(yīng)做好坡面排水和坡內(nèi)排水,防止地表水沿NW向陡傾裂隙滲入坡內(nèi),并要施加必要的工程錨固措施,錨固深度最少要達(dá)到g7擠壓帶內(nèi)部。(2)E區(qū)變形破裂體的破壞模式主要是板梁潰曲和表部