豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡穩(wěn)定性分析

謝福志

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司地質(zhì)處，吉林長春 130021）

豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡穩(wěn)定性分析

謝福志

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司地質(zhì)處，吉林長春 130021）

概述了豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡穩(wěn)定狀況進(jìn)行分析的必要性；介紹了壩址左岸邊坡的基本工程地質(zhì)條件；對壩址左岸邊坡發(fā)育的不利的結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系進(jìn)行了細(xì)致分析；按照建筑物所處工程部位，將壩址左岸邊坡分為兩段進(jìn)行邊界條件確定和地質(zhì)參數(shù)的選??；按天然狀態(tài)和水庫蓄水狀態(tài)分別進(jìn)行分析計算和評價，最終給出了評價結(jié)論。

壩址左岸邊坡；穩(wěn)定性；抗剪（斷）強度

豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡為一級邊坡。特別是大壩重建后，現(xiàn)豐滿大壩以下約 120m范圍內(nèi)的左岸邊坡將由現(xiàn)在的天然邊坡轉(zhuǎn)為水下邊坡。隨著邊坡巖體內(nèi)地下水位的逐漸抬升，一方面，地下水通過孔隙水壓力的變化影響巖體的應(yīng)力狀態(tài)，孔隙水壓力升高使得邊坡巖體的有效應(yīng)力減小，降低了邊坡的穩(wěn)定性。

另一方面，巖體應(yīng)力狀態(tài)的改變又會通過巖體物質(zhì)間的孔隙率與結(jié)構(gòu)的變化，來影響巖體的水力特性。其環(huán)境地質(zhì)條件的變化，對邊坡穩(wěn)定極為不利，特別是在洪水期，由于巖體排水不暢，岸坡中的地下水將形成較大的滲透壓力，使得不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面組合形成的滑體下滑力急劇增加，其變形破壞具有突發(fā)性，從而可能導(dǎo)致邊坡巖體部分或整體發(fā)生失穩(wěn)，因此有必要對壩址左岸邊坡的穩(wěn)定狀況進(jìn)行分析。

1 壩址左岸邊坡基本工程地質(zhì)條件

壩址左岸地形較陡，地形坡度一般 25°～35°，山頂高程一般500～700m。

壩址左岸邊坡覆蓋層主要為碎石混合土和混合土碎石，厚度一般 1～2m。巖體主要為弱風(fēng)化變質(zhì)礫巖，深灰色，變余礫狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，具有明顯的變余層理。

壩址左岸邊坡主要發(fā)育F13、F14、F23和F30斷層，斷層產(chǎn)狀為走向 N15°～40°W，傾向 NE，傾角75°～85°，各斷層與邊坡交角一般為 78°～85°。

壩址左岸邊坡節(jié)理主要為走向N20°～30°W，傾向NE或SW，傾角65°～85°（Ja）和走向N55°～75°E，傾向NW（上游）或SE（下游），傾角65°～85°（Jb）；變余層理產(chǎn)狀為走向 N25°～35°W，傾向NE（河床偏下游），傾角25°～45°（Jc）；緩傾角節(jié)理產(chǎn)狀為走向 N30°～75°W，傾向 NE（河床偏下游），傾角約15°（J1）。

壩址左岸邊坡表部變質(zhì)礫巖多為中等透水巖體，中、下部巖體透水性較弱。

2 結(jié)構(gòu)面組合分析

壩址左岸邊坡發(fā)育的對邊坡穩(wěn)定不利的結(jié)構(gòu)面主要為 F13、F14、F23、F30斷層與節(jié)理、巖層層面和緩傾角節(jié)理。左岸邊坡各組結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系詳見圖1。

圖1 壩址左岸邊坡赤平投影圖

從圖中可以看出，左岸邊坡走向與巖層走向近于平行，為順向坡，J1緩傾角節(jié)理或巖層層面與F13（或 F14、F23、F30）、Ja和Jb組節(jié)理構(gòu)成不利結(jié)構(gòu)面組合，其中，F(xiàn)13、F14、F23、F30斷層和Ja組節(jié)理為后緣拉裂面，Jb組節(jié)理為側(cè)向切割面，巖層層面Jc和緩傾角節(jié)理J1為底滑面。

3 邊界條件確定和地質(zhì)參數(shù)選取

按照建筑物所處工程部位，將壩址左岸邊坡分為兩段，第一段為現(xiàn)豐滿大壩與擬建大壩之間，該段邊坡長度約120m，典型地質(zhì)剖面1—1，詳見圖2。第二段為擬建大壩壩肩開挖范圍，該段邊坡長度約80m，典型地質(zhì)剖面 2—2，詳見圖 3。典型地質(zhì)剖面（1-1～2-2）地下水水位按地下水位觀測孔觀測數(shù)據(jù)取最高值。

圖2 1-1剖面邊坡示意圖

圖3 2-2剖面邊坡示意圖

根據(jù)前述結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系，兩段邊坡典型滑塊的結(jié)構(gòu)面組合如下：

1—1 剖面：F13、J1、Jb；F13、Jc、Jb；F14、J1、Jb；F14、Jc、Jb；

2—2 剖面：F23、J1、Jb；F23、Jc、Jb；F14、J1、Jb；F14、Jc、Jb；

抗剪（斷）參數(shù)取值參照壩址區(qū)巖體物理力學(xué)性質(zhì)試驗成果并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗綜合確定，詳見表1。

表1 結(jié)構(gòu)面抗剪斷參數(shù)建議值

4 可能產(chǎn)生滑動塊體的穩(wěn)定計算

左岸邊坡穩(wěn)定分析計算采用《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》［1］（DL/T 5337-2006）附錄E平面型滑面計算公式如下，計算剖面見圖2和圖3。

式中：W——滑體的重力，kN；

c——滑面黏聚力，kPa；

φ——滑面內(nèi)摩擦角；

L——滑面長度，m；

α——坡角；β——結(jié)構(gòu)面傾角；

γW——水的密度，kN/m3；

γ——滑體密度，kN/m3；

u——水的上舉力；

v——水的水平力；

Pb——地震力；

KH——地震系數(shù),根據(jù)地震烈度確定（豐滿為0.1）。

4.1 第一段邊坡（圖2）

4.1.1 天然狀態(tài)

淺層滑動：假定滑移體以Jc為底滑面，F(xiàn)13為后緣拉裂面，滑體位于地下水位之上，其計算荷載為塊體自重；深層滑動：假定滑移體以J1為底滑面，F(xiàn)13為后緣拉裂面，滑體位于地下水位以下（計水壓力）其計算荷載為塊體自重和地下水荷載，其中巖體密度γ按 27kN/m3計，水的密度γw為 10kN/m3，計算結(jié)果詳見表2。

4.1.2 水庫蓄水狀態(tài)

淺層滑動：假定滑移體以Jc為底滑面，F(xiàn)13為后緣拉裂面，其計算荷載為塊體自重和地下水荷載（蓄水后）；深層滑動：假定滑移體以J1為底滑面，F(xiàn)13為后緣拉裂面，其計算荷載為塊體自重和地下水荷載，其中巖體密度γ按17kN/m3計，水的密度γw為10kN/m3，，計算結(jié)果詳見表3。

4.2 第二段邊坡（圖3）

淺層滑動：假定滑移體以Jc為底滑面，F(xiàn)13為后緣拉裂面，計算荷載為塊體自重。

深層滑動：假定滑移體以J1為底滑面，F(xiàn)13為后緣拉裂面，計算荷載為塊體自重和地下水荷載，其中巖體密度γ按 27kN/m3計，水的密度γw為10kN/m3，計算結(jié)果見表4。

表2 邊坡穩(wěn)定計算成果表（1-1剖面）

表3 邊坡穩(wěn)定計算成果表（1-1剖面）

表4 邊坡穩(wěn)定計算成果表（2-2剖面）

5 結(jié) 論

經(jīng)計算豐滿水電站全面治理（重建）工程壩址左岸邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs皆大于1.3，滿足了《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》［1］（DL/T 5337-2006）穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.3的要求，故整個左岸邊坡天然狀態(tài)是穩(wěn)定的。

現(xiàn)豐滿大壩與擬建大壩之間，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》［2］（GB50330-2002）穩(wěn)定性系數(shù)Ks 不小于 1.35的要求，水庫蓄水狀態(tài)下其穩(wěn)定性系數(shù)恰處于臨界值。因此建議對該段邊坡采取加固處理措施，以確保大壩安全運行。

[1] 水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程（DL/T 5337-2006）.北京:中國電力出版社,2006年

[2] 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002年

TU457

A

1008-1305（2013）02-0032-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2013.02.010

謝福志（1973年-），吉林伊通人，高級工程師。