水電站庫(kù)區(qū)鐵路邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析

章 健,商志紅,李小豹

(1.浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002;2.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程系,陜西 西安 710054)

1 工程概況

尼日河位于四川省涼山彝族自治州境內(nèi),干流長(zhǎng)144 km,天然落差2743 m,流域面積4062 km2.漫灘河是尼日河上游一段,即普雄河與越西河匯合口以下18 km河段.漫灘河流域(包含普雄河與越西河)位于涼山州北部,地處山區(qū).

漫灘水電站位于四川省涼山彝族自治州越西縣境內(nèi),為尼日河流域干流上的梯級(jí)電站.電站開(kāi)發(fā)方式為引水式.漫灘水電站壩址位于漫灘河上,成昆鐵路9號(hào)大橋下游640 m處,地處越西縣順河鄉(xiāng),距普雄河與越西河匯合下游約4.5 km.壩址流域面積1737 km2,廠房在其下游約11 km.發(fā)電引水隧洞位于右岸,總長(zhǎng)約11257 m.廠址位于花果山鐵路橋與公路大橋之間的右岸一級(jí)階地上,距壩址11 km,距越西縣城35 km,有公路連接,并有成昆鐵路經(jīng)過(guò),對(duì)外交通十分方便.

漫灘水電站工程壩址流域面積1737 km2,年徑流量15.99億m3.發(fā)電利用天然河道落差達(dá)170 m.電站總裝機(jī)容量7.5萬(wàn)kW.

2 地質(zhì)條件

漫灘水電站庫(kù)區(qū)右岸坡體為基巖斜坡,右岸基巖裸露,由層狀白云質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成,巖石屬中硬巖,受構(gòu)造影響裂隙發(fā)育,主要為傾向西、北西和南西的三組裂隙,裂隙面傾角一般為 40°～70°.巖層產(chǎn)狀15°～ 25°,SE∠50°～ 60°,傾向與斜坡相反,斜坡坡度一般＜60°,不存在崩塌、危巖等不良地質(zhì)現(xiàn)象,庫(kù)岸穩(wěn)定性好.

左岸斜坡為成昆鐵路邊坡,邊坡平均坡度37°,天然狀態(tài)下庫(kù)岸穩(wěn)定性良好.水電站庫(kù)區(qū)蓄水后的水位線高程為1446 m,若不采取相應(yīng)措施,將影響鐵路邊坡的穩(wěn)定性.

3 數(shù)值分析

為提高鐵路邊坡穩(wěn)定性,在采用的方案中將在左岸設(shè)置土石壩,土石壩沿鐵路邊坡延長(zhǎng)至鐵路進(jìn)隧洞處,以起到壓腳和防止庫(kù)區(qū)滲漏的發(fā)生的雙重作用.土石壩形式為鋼筋砼心墻沙殼壩,最大壩高24.03 m,壩頂高程為1447.53 m.

為了評(píng)價(jià)成昆鐵路邊坡在修建土壩及水庫(kù)蓄水后的穩(wěn)定性變化程度,分別對(duì)鐵路原始邊坡、不采取穩(wěn)定加固措施的邊坡和修建土壩后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,其計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1.

本次計(jì)算采用軟件為FLAC/SLOPE,它是FLAC軟件的一個(gè)子集,是FLAC中專(zhuān)門(mén)分析邊坡穩(wěn)定性的軟件.它是基于拉格朗日差分法的一種顯式有限差分程序[1].本次選取鐵路邊坡一剖面進(jìn)行數(shù)值分析.

3.1 模型建立

根據(jù)壩址及鐵路邊坡工程地質(zhì)特征及巖土體分層情況,選取下付基巖、砂礫卵石、構(gòu)成邊坡主要物質(zhì)的碎石夾粘土作為分區(qū)邊界.因?qū)吰碌姆治鲋?土石壩及下付砂礫卵石不對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,為便于建模,將土石壩、壩基下部砂礫卵石和基巖作為一個(gè)基巖區(qū)考慮[2].FLAC/Slope提供模型的基本框架并將模型的左右邊界和底邊界設(shè)置為約束邊界[3].剖面坡腳沿地形線向前延伸20 m,坡頂向后垂直鐵路線水平延伸20 m[4].

3.2 參數(shù)確定

對(duì)相關(guān)參數(shù)的確定情況見(jiàn)表1.

表1 土壩計(jì)算參數(shù)

3.3 結(jié)果分析

剪應(yīng)力云圖和穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3.

(1)從圖1、圖2剪應(yīng)力云圖和穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果表可以看出,鐵路邊坡在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài),但若狀態(tài)改變,如洪水導(dǎo)致水位線上升或未采取加固措施情況下庫(kù)區(qū)正常蓄水,邊坡的穩(wěn)定性將下降,并最終導(dǎo)致邊坡失穩(wěn).

圖1 天然邊坡剪應(yīng)力云圖

圖2 未采取加固措施工況下邊坡剪應(yīng)力云圖

圖3 以土石壩加固邊坡工況下邊坡剪應(yīng)力云圖

(2)從圖3剪應(yīng)力云圖和穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果表2可以看出,在采取土石壩加防滲墻措施后,鐵路邊坡的地下水位線只在坡腳處有小幅提升,總體沒(méi)有大幅提升,且土石壩又起到對(duì)鐵路邊坡壓腳作用,增加了邊坡的穩(wěn)定性,同時(shí)對(duì)于水電站大壩也防止了繞壩滲流現(xiàn)象的產(chǎn)生.

表2 鐵路邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析結(jié)果

4 結(jié) 論

在對(duì)鐵路邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性數(shù)值分析結(jié)果可知,在鐵路邊坡坡腳處修建土石壩不僅沒(méi)有降低鐵路邊坡的穩(wěn)定性,反且使鐵路邊坡的穩(wěn)定性獲得較大提高,同時(shí)也防止繞壩滲漏現(xiàn)象的產(chǎn)生,增加了水庫(kù)庫(kù)區(qū)安全性.但此次數(shù)值分析過(guò)程中,沒(méi)有考慮到邊坡頂上鐵路列車(chē)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)荷載及地震影響下鐵路邊坡的穩(wěn)定性,應(yīng)進(jìn)一步分析動(dòng)荷載對(duì)鐵路邊坡穩(wěn)定性及對(duì)庫(kù)區(qū)安全性的影響.

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