洮河口排沙洞巖塞爆破口邊坡穩(wěn)定分析

孫 政，許蘊(yùn)寶，田作印，宋永軍

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春130021）

1 概況

劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣，距蘭州市約80 km。電站總庫(kù)容57.4×108m3，裝機(jī)容量1 390 MW。劉家峽水庫(kù)自1968年10月蓄水運(yùn)用至1991年汛后，23年來(lái)全庫(kù)泥沙淤積量為14.69×108m3，剩余庫(kù)容42.71×108m3，庫(kù)容損失25.6%；有效庫(kù)容淤積 5.89×108m3，剩余有效庫(kù)容 36.1×108m3，損失14.0%，平均年損失率0.61%。

洮河系黃河一級(jí)支流，在距大壩上游1.5 km的右岸匯入黃河干流，其特點(diǎn)是水少沙多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其多年平均入庫(kù)沙量占總?cè)霂?kù)沙量的31%。增建洮河口排沙洞是解決劉家峽電站壩前泥沙問(wèn)題、保障電站安全運(yùn)行和渡汛非常迫切的任務(wù)。

在建的洮河口排沙洞攔截入庫(kù)泥沙是劉家峽電站泥沙問(wèn)題的一項(xiàng)十分緊迫的工程措施。主體工程排沙洞的進(jìn)水口采用水下巖塞爆破方案。巖塞爆破口位于洮河出口，黃河左岸。

2 排沙洞進(jìn)口洞臉邊坡地質(zhì)概況

排沙洞設(shè)計(jì)高程1 665～1 675 m，洞徑10 m。進(jìn)口洞臉邊坡為層狀斜向結(jié)構(gòu)邊坡，巖層走向與坡向夾角近垂直，傾向下游，岸坡巖性為云母石英片巖，局部夾花崗巖脈或石英巖脈。坡頂1 733 m高程出露一條斷層F7。

斷層F7順坡發(fā)育，下游側(cè)寬度2～5 cm，上游側(cè)寬度小于1 cm，基本沿順坡裂隙追蹤發(fā)育。從下盤(pán)面擦痕判斷，先期為逆斷層，后有正錯(cuò)跡象。其走向與巖塞口的軸線近垂直，走向：N46°W、傾向SW、傾角 57°，寬 2～5 cm，由碎裂巖組成，無(wú)斷層泥發(fā)育，斷面平直，下盤(pán)面見(jiàn)一組擦痕，向下游延伸穩(wěn)定，向上游追蹤性裂隙延伸，有殲滅之趨勢(shì)，將岸坡切割成一三面臨空的三角體。

3 斷層F7三角體穩(wěn)定分析

該三角體位于巖塞口的正上方，在巖塞口爆破過(guò)程中和巖塞口形成后，存在整體下滑或巖塞口上部巖體下滑的可能，一旦斷層切割的三角體下滑，將堵塞洞口影響排沙洞的正常運(yùn)行。

3.1 斷層F7參數(shù)

參照試驗(yàn)資料，結(jié)合工程現(xiàn)狀及規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值，并通過(guò)反算分析法確定計(jì)算地質(zhì)參數(shù)值，見(jiàn)表1。

表1 斷層的地質(zhì)參數(shù)建議值表

3.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)切割三角體的滑動(dòng)類型及三角體的剖面形態(tài)，穩(wěn)定性分析計(jì)算采用平面型滑面滑動(dòng)分析，選擇以下3種工況：

工況一：自然狀態(tài)；

工況二：地震基本烈度工況（地震基本烈度為Ⅶ）；

工況三：最大人工地震工況（人工地震最大地震烈度為Ⅷ）。

平面型滑面滑動(dòng)分析公式：（據(jù)DL/T 5337-2006《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》）

式中：W——滑體的重力，kN；ci——滑面粘聚力，kPa；φ——滑面內(nèi)摩擦角，°；L——滑面長(zhǎng)度，m；α——坡角，°；β——結(jié)構(gòu)面傾角，°；γ——滑體密度，kN·m-3；KH——地震系數(shù)，根據(jù)地震烈度確定。見(jiàn)表2。

表2 水平向地震系數(shù)設(shè)計(jì)烈度

將表2中不同工況條件下的基本參數(shù)代入公式，計(jì)算出不同工況條件下的斷層F7上盤(pán)穩(wěn)定系數(shù)，見(jiàn)表3。

表3 計(jì)算結(jié)果表

由上述分析計(jì)算結(jié)果可知，在天然狀態(tài)下斷層F7沒(méi)有切穿岸坡時(shí)塊體比較穩(wěn)定，切穿時(shí)塊體極不穩(wěn)定，說(shuō)明該斷層尚未切穿岸坡，亦沒(méi)有形成貫通的滑動(dòng)面。但當(dāng)斷層F7在地震基本烈度工況（基本烈度Ⅶ度）下，穩(wěn)定系數(shù)僅為1.02，在最大人工地震工況（基本烈度Ⅷ度）下，穩(wěn)定系數(shù)為0.90，不穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近3年排沙洞及巖塞段爆破開(kāi)挖施工驗(yàn)證，斷層F7切割的三角體沒(méi)有移動(dòng)的跡象，說(shuō)明天然狀態(tài)下及微震動(dòng)的情況下是穩(wěn)定的。但是當(dāng)巖塞爆破時(shí)，巖塞口高程處的巖體被破壞處于臨空，加之強(qiáng)烈的爆破震動(dòng)影響，穩(wěn)定系數(shù)僅為0.90，不穩(wěn)定，斷層F7切割的岸坡三角體有可能整體或巖塞口上方部位巖體失穩(wěn)，有堵塞巖塞口，影響排沙洞正常運(yùn)行的危險(xiǎn)。

鑒于上述情況建議對(duì)斷層F7上盤(pán)三角體進(jìn)行加固處理。

[1]崔冠英.水利工程地質(zhì)（第3版）[M].北京∶中國(guó)水利水電出版社，2000.

[2]DL/T 5337-2006，水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].