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)
劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣,距蘭州市約80 km。電站總庫容57.4×108m3,裝機(jī)容量1 390 MW。劉家峽水庫自1968年10月蓄水運(yùn)用至1991年汛后,23年來全庫泥沙淤積量為14.69×108m3,剩余庫容42.71×108m3,庫容損失25.6%;有效庫容淤積 5.89×108m3,剩余有效庫容 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),其多年平均入庫沙量占總?cè)霂焐沉康?1%。增建洮河口排沙洞是解決劉家峽電站壩前泥沙問題、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泥沙是劉家峽電站泥沙問題的一項(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。
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,無斷層泥發(fā)育,斷面平直,下盤面見一組擦痕,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。
該三角體位于巖塞口的正上方,在巖塞口爆破過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。
參照試驗(yàn)資料,結(jié)合工程現(xiàn)狀及規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值,并通過反算分析法確定計(jì)算地質(zhì)參數(shù)值,見表1。
表1 斷層的地質(zhì)參數(shù)建議值表
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上盤穩(wěn)定系數(shù),見表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,說明該斷層尚未切穿岸坡,亦沒有形成貫通的滑動(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。
通過近3年排沙洞及巖塞段爆破開挖施工驗(yàn)證,斷層F7切割的三角體沒有移動(dòng)的跡象,說明天然狀態(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].