某水電站料場變形體形成機制及穩(wěn)定性研究

唐世明 張青宇

(成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

某水電站料場變形體形成機制及穩(wěn)定性研究

唐世明 張青宇

(成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

根據(jù)大渡河某水電站料場邊坡體的地質(zhì)特征，對料場變形體的形成機制及穩(wěn)定性進行了分析，研究表明：該變形體形成機制屬于牽引式，定性判斷該變形體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，定量計算該變形體在持久工況、短暫工況、偶然工況三種工況下穩(wěn)定性處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，需及時采取有效的支護措施。

水電站，變形體，形成機制，穩(wěn)定性

在我國西南部地區(qū)大力開發(fā)水電資源時，不可避免的需要開挖山體，因此形成了大量的人工高邊坡[1，2]。隨著工程開挖的進行，原始邊坡巖土體必然發(fā)生相應(yīng)的卸荷變形、應(yīng)力重分布等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象均對邊坡的穩(wěn)定造成不利的影響。某料場為大渡河流域某水電站碎石土料場，在開挖過程中邊坡發(fā)生明顯的變形，已形成了多級剪出口，分析研究該料場邊坡的形成機制及穩(wěn)定性，對采取相應(yīng)的治理措施，保障工程的順利進行具有重要的意義。

1 料場邊坡基本地質(zhì)特征

如圖1所示，料場邊坡寬約280 m，坡度在高程2 405 m～2 530 m為35°～40°，在高程2 530 m～2 630 m為40°～42°，在高程2 630 m～2 760 m為35°～40°。坡體組成物質(zhì)以冰水堆積為主，小于5 mm含量平均為52.5%，小于0.075 mm含量平均為30.6%，2 mm～0.075 mm砂粒為14.8%，2 mm～60 mm礫石為44.9%，結(jié)構(gòu)較松散～稍密。

2 變形破壞特征

該土料場在開挖過程中，開挖坡度較陡，無支護措施，再加上下部持續(xù)挖開的影響，2014年2月末坡體出現(xiàn)拉裂、坍塌現(xiàn)象，最大張開50 cm，下錯40 cm；3月中旬，邊坡出現(xiàn)一條弧形裂縫(1號裂縫)，寬10 cm～40 cm，深度80 cm～150 cm，最深處達290 cm，錯臺高度10 cm～40 cm，分布高程2 381 m，與之前的裂縫連通，變形體邊界基本形成。

至4月中旬變形體形成多級剪出口，其中主要的有兩級，上部剪出口高程為2 210 m～2 200 m，即2號裂縫(見圖2)，下部剪出口高程為2 116 m～2 119 m，即3號裂縫(見圖3)，后緣拉裂縫高程2 386 m，其順坡面長度約460 m，寬160 m～190 m，上部剪出口以上蠕滑體總方量約60萬m3。

為了保證施工安全，已經(jīng)對邊坡變形體采取了緊急措施：1)已在坡體上進行開挖馬道，對坡體進行減載；2)對裂縫進行封閉，防止雨水的滲入；3)在變形體后緣打入鋼管樁；4)在變形外側(cè)修建排水溝。

3 變形機制分析

料場邊坡在天然狀態(tài)下未見裂縫等變形跡象，因此判定邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。料場開采過程中，隨著邊坡坡度的逐漸變陡，對邊坡起到了切腳作用，且未進行支護，因而導致坡體出現(xiàn)蠕滑、拉裂現(xiàn)象，其變形程度與料場開采存在明顯的關(guān)系，開采程度越深，其變形程度也越大。

料場邊坡在開采過程中，邊坡變陡，且無支護，引起后緣土體出現(xiàn)拉裂變形，從高程2 235 m逐漸發(fā)展至高程2 381 m，同時剪出口外移，導致擦痕、錯臺等現(xiàn)象產(chǎn)生，變形體邊界處發(fā)育有羽狀裂縫，綜合判斷該變形體的變形機制為牽引式[3]。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 穩(wěn)定性定性分析

變形體已經(jīng)形成多級剪出口，主要有兩級，其中高程2 210 m～2 200 m的剪出口以上變形體已經(jīng)整體緩慢移動，坡體縱向與橫向裂縫變形加劇，前緣坡體鼓脹隆起，局部解體，部分坡體已沿著剪出口剪出，因此判斷坡體進入滑移階段；高程2 116 m～2 119 m的剪出口斷續(xù)延伸，兩側(cè)邊界裂縫在持續(xù)發(fā)展，但尚未貫通，因此判斷坡體進入蠕滑變形階段。

綜上所述，料場邊坡整個變形體已到蠕滑～滑移階段，穩(wěn)定性較差，已進入不穩(wěn)定階段。

4.2 穩(wěn)定性定量分析

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定和場地現(xiàn)狀位置特點，結(jié)合本工程實際情況，選擇1)持久工況、2)短暫工況、3)偶然工況三種工況進行穩(wěn)定性分析計算。

1)持久工況：考慮巖土體自重；2)短暫工況：在持久工況的基礎(chǔ)上，考慮暴雨下滲；3)偶然工況：在持久工況的基礎(chǔ)上，考慮地震荷載。

計算參數(shù)的選取對變形體穩(wěn)定性的判斷至關(guān)重要。結(jié)合室內(nèi)試驗、反演等綜合確定計算參數(shù)。選取計算參數(shù)詳見表1。

A—A剖面、B—B剖面、C—C剖面位于變形體中部，是代表性剖面。代表性剖面各工況下最危險滑弧的位置見圖4，穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

表1 計算參數(shù)表

表2 各種工況下變形體穩(wěn)定性系數(shù)

從表2可知，該變形體穩(wěn)定性系數(shù)最大值為1.03，在任何工況下都處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)。

定性判斷和定量分析均表明，該變形體處在不穩(wěn)定階段，需采取有效的治理措施，以確保變形體不造成危害。

5 結(jié)語

1)某料場邊坡變形體的形成與工程開采有直接的關(guān)系，即該變形體的形成是由工程開采引發(fā)的。2)通過變形體的變形破壞特征可知，該變形體的形成機制為牽引式。3)通過定性判斷和定量分析，該變形體處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)。4)為了確保施工安全，需采取有效的支護措施。

[1] 田 斌，盧曉春，黃耀英，等.雅礱江官地水電站料場邊坡開挖擾動及其影響因素[J].巖石力學與工程學報，2010，29(S1)：3199-3207.

[2] 趙江龍，聶德新，傅榮華.西南某水電站變形體成因機制及穩(wěn)定性分析[J].山西建筑，2009，35(16)：115-117.

[3] 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.

Research on formation mechanism and stability of the deformable body in a hydropower station

Tang Shiming Zhang Qingyu

(ChengduSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Chengdu610072,China)

According to geological features of the hydropower station storage yard slope body, the paper analyzes deformable body forming mechanism and stability of the storage yard. The research results show that: the deformable body forming mechanism belongs to traction, is instable through qualitative identification, is between less stable～instable condition under insistant working condition, contemporary working condition and sudden working condition through quantitative computation, which is necessary to take timely and effective support measures.

hydropower station, deformable body, forming mechanism, stability

2015-06-24

唐世明(1958- )，男，高級工程師； 張青宇(1982- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)25-0074-02

TU413.62

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