蓄水條件下水電工程邊坡變形與穩(wěn)定性研究

沙德智 朱俊杰*

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)公司，四川成都 610000)

1 概述

某水電站壩址區(qū)發(fā)育一變形體。該變形體具有方量大，變形明顯，近壩等特點(diǎn)，失穩(wěn)之后可能擊起的涌浪將直接威脅壩體的安全、運(yùn)行，因此對(duì)其穩(wěn)定性展開(kāi)評(píng)價(jià)關(guān)系到該水電站的安全。本文在對(duì)該變形體工程地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，利用數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)變形體蓄水條件下的變形特征與穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)［1-6］。

2 變形體的基本特征

該變形體位于壩前約800 m的岸坡，形態(tài)不規(guī)則。表部地形坡度約43°，后緣為變形體平臺(tái)。

變形體縱向長(zhǎng)度210 m，寬約154 m。后緣高程為1 800 m?？傮w積約87萬(wàn)m3，正常蓄水位水上部分約54萬(wàn)m3。水下部分約33萬(wàn)m3。變形體前緣底界高程1 600 m左右。

3 計(jì)算模型

根據(jù)邊坡地質(zhì)模型，建立計(jì)算模型(見(jiàn)圖1)。具體模型范圍如下:X方向800 m;Y方向380 m;Z方向約700 m。巖體力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖體力學(xué)參數(shù)

4 蓄水狀態(tài)下變形體變形特征

蓄水后，邊坡最大主應(yīng)力分布見(jiàn)圖2，最小主應(yīng)力見(jiàn)圖3。由圖2可知:從邊坡地表向巖層深部最大主應(yīng)力逐步增大。由圖3可知，蓄水狀態(tài)下最小主應(yīng)力整體為壓應(yīng)力，在變形體的邊界和地形凸出的部位出現(xiàn)拉應(yīng)力。同時(shí)，潛在滑帶出現(xiàn)了拉應(yīng)力集中區(qū)，這也表明，蓄水后，坡體應(yīng)力環(huán)境不利于坡體穩(wěn)定性。

圖1 變形體計(jì)算模型

圖2 最大主應(yīng)力分布圖

蓄水后，變形體后位移較前緣大，從變形控制的角度來(lái)說(shuō)，坡體變形受控于前緣滑體，從圖4～圖7可以看出，水平位移最大的地方發(fā)生在坡體的前緣。橫向上下游區(qū)位移較上游區(qū)大。

圖3 最小主應(yīng)力分布圖

圖4 位移分布圖

圖5 水平位移分布圖

圖6 剖面總位移分布圖

5 蓄水條件下變形體穩(wěn)定評(píng)價(jià)

強(qiáng)度折減法是以調(diào)整巖土體的強(qiáng)度指標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行不斷地增加折減次數(shù)，直至其達(dá)到臨界狀態(tài)，得到的折減系數(shù)為穩(wěn)定系數(shù)。在變形體內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同強(qiáng)度折減系數(shù)時(shí)的水平位移，可以得到如圖8所示的關(guān)系曲線(xiàn)。結(jié)果表明，折減系數(shù)從1.15變?yōu)?.16時(shí)，變形體位移劇增。

圖7 剖面水平位移分布圖

圖8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移與K關(guān)系曲線(xiàn)

圖9 K=1.05剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D

圖10 K=1.1剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D

圖9～圖12為不同折減系數(shù)下蓄水工況下模型剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D，可知，隨著折減系數(shù)的增加，塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，當(dāng)K=1.17時(shí)，剪應(yīng)變?cè)隽控炌?，變形體已處于失穩(wěn)狀態(tài)。因此可認(rèn)為1.17為該邊坡蓄水條件下的穩(wěn)定性系數(shù)。

圖11 K=1.15剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D

圖12 K=1.17剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D

6 結(jié)語(yǔ)

1)坡體的變形特征是受地形地貌控制的結(jié)果。2)在蓄水的情況下，變形體會(huì)發(fā)生較大的變形，但變形體的總體穩(wěn)定性較好，不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)。3)雖然變形體總體穩(wěn)定性較好，但局部會(huì)有破壞現(xiàn)象，因此，為保持在水電站運(yùn)行期間長(zhǎng)期穩(wěn)定性，應(yīng)予以加固。

［1］張年學(xué)，廖秋林.庫(kù)水位漲落與降雨聯(lián)合作用下滑坡地下水動(dòng)力場(chǎng)分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(21)：3714-3720.

［2］丁秀麗，付 敬，張齊華.三峽水庫(kù)水位漲落條件下奉節(jié)南橋頭滑坡穩(wěn)定性分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(17)：2913-2919.

［3］徐則民，黃潤(rùn)秋，范柱國(guó).滑坡災(zāi)害孕育——激發(fā)過(guò)程中的水—巖相互作用［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2005，14(1)：1-9.

［4］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1994.

［5］沈新普，范 軍.意大利瓦洋特水庫(kù)誘發(fā)滑坡的地質(zhì)力學(xué)思考［J］.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27(6)：669-673.

［6］中村浩之.論水庫(kù)滑坡［J］.水土保持通報(bào)，1990，10(1)：53-64.