某水電站壩基抗滑模式研究

曹偉軒 賈建紅 朱振彪 葉浩 賀金明

摘 要：某水電站建壩巖體總體上由相對(duì)較差的軟弱巖體組成，大壩在庫(kù)水的推力、波浪壓力、揚(yáng)壓力、泥沙壓力及地震力等綜合作用下，存在軟弱結(jié)構(gòu)面滑移的可能。通過對(duì)壩基下剪切帶及裂隙空間分布、性狀、特征等研究，采用二維計(jì)算和三維圖解校核，得到最大連通率為29.3%，結(jié)合樞紐建筑物的布置、大壩結(jié)構(gòu)型式，查明了壩基的抗滑穩(wěn)定模式在不同的部位分別為單面滑動(dòng)和雙面滑動(dòng)，指出了最大可能滑移模式和處理建議，為壩基抗滑穩(wěn)定設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深層抗滑；剪切帶；裂隙；三維圖解；連通率

1 工程簡(jiǎn)介

某水電站位于長(zhǎng)江中上游河段內(nèi)，為低水頭徑流式電站，大壩采用混凝土重力壩，壩頂高程204m，最大壩高68m，壩頂總長(zhǎng)度約2132m。正常蓄水位197m，死水位195m，總庫(kù)容13億m3，總裝機(jī)容量2030MW，工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型。

2 基本地質(zhì)條件

長(zhǎng)江由SW向NE向流經(jīng)壩區(qū)，河谷開闊，寬2km左右，至江心洲將長(zhǎng)江分流為左、右兩支。江心洲呈梭形，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)約4.1km，順壩軸線處寬約1.15km。江心洲高程為190～203m。

壩基地層主要為侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3S），總厚度471.1m。按巖性組合劃分為6段，其中第1、3、5段巖性為淺灰紫色中厚～厚層長(zhǎng)石巖屑砂巖、鈣質(zhì)石英砂巖、粉細(xì)砂巖夾粉砂及砂質(zhì)粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖；第2、4、6段巖性為紫紅色薄層粉砂質(zhì)粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖夾少量淺灰紫色中厚—厚層粉細(xì)砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖、鈣質(zhì)石英砂巖。

3 壩基下結(jié)構(gòu)面分布特征

3.1 壩基下剪切帶分布

通過數(shù)值模似分析，影響壩基抗滑穩(wěn)定的剪切帶主要分布在壩基下30m范圍以內(nèi)。通過勘察，船閘以右部位建基面下30m范圍內(nèi)分布有29條剪切帶，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定問題起控制作用的Ⅱ、Ⅲ類剪切帶有15條，其中有7條為Ⅲ類剪切帶，8條為Ⅱ類剪切帶；14條為Ⅰ類剪切帶。剪切帶順江延伸長(zhǎng)度一般在40～380m之間，最短約26m；順壩軸線一般呈斷續(xù)發(fā)育，長(zhǎng)一般為60～360m，累計(jì)長(zhǎng)一般120～498m。

3.2 壩基巖體裂隙發(fā)育情況

（1）壩基下緩傾角裂隙：利用二維數(shù)值計(jì)算進(jìn)行敏感性分析，搜索壩后巖體中最危險(xiǎn)裂隙面的傾角得出反向40°左右的中傾角裂隙為壩體下游最不利結(jié)構(gòu)面。從地表調(diào)查情況看，壩基緩傾角裂隙延伸短小，長(zhǎng)度一般數(shù)米至十余米，多尖滅于層間剪切帶中，且呈閉合狀態(tài)。

鉆孔數(shù)字錄相顯示壩基巖體中發(fā)育有中、緩傾角裂隙。走向與壩軸線呈小角度相交的中、緩傾角裂隙分布不多，約占中、緩傾角裂隙的13.8%、15.0%。

（2）裂隙發(fā)育線密度：根據(jù)鉆孔數(shù)字錄像資料統(tǒng)計(jì)顯示，裂隙線密度約0.35～1.43條/m，從左岸到右岸裂隙發(fā)育密度趨于減少，主河道裂隙發(fā)育程度高于江心洲與右支汊河。

4 壩基抗滑穩(wěn)定模式概化

建筑物區(qū)船閘以西壩基地層陡傾，壩基抗滑穩(wěn)定問題不突出。船閘以東壩基巖層向下游微傾或平緩，層間剪切帶較發(fā)育，抗滑穩(wěn)定問題較為突出，且主要是溢流壩段。

根據(jù)剪切帶發(fā)育與巖體結(jié)構(gòu)面組合情況及受力條件分析，壩基抗滑破壞模式主要為深層滑動(dòng)，包括單面滑移和雙面滑移兩種模式。

4.1 單滑面滑移模式

溢流壩段消力池長(zhǎng)約80m，其后布置深入基巖的混凝土防淘墻及拋石防沖槽，防淘墻接至微新巖體，防淘墻底高程在136～151m之間，開挖深一般5.5～12.5m，最深18.5m。當(dāng)壩體與防淘墻之間的建基面下存在順江延伸較長(zhǎng)剪切帶時(shí)，溢流壩段在庫(kù)水推力作用下，沿剪切帶發(fā)生單面滑移，從防淘墻臨空處剪出。

左泄4號(hào)壩段3S501剪切帶在建基面下埋深0～11.5m；左泄5號(hào)壩段3S620剪切帶在建基面下埋深為3～10.5m；右泄2、3號(hào)壩段3S602剪切帶在建基面下埋深0～12.1m，右泄5、6壩段3S620剪切帶在建基面下埋深0～15.7m，這幾條剪切帶向下游均延伸到防淘墻側(cè)墻處，存在單面滑動(dòng)條件。

4.2 雙面滑移模式

綜合壩基下剪切帶、壩后抗力體中的中、緩傾結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征，將雙面滑動(dòng)可概化為兩種平面滑移模式：剪切帶+巖橋+中、緩傾角結(jié)構(gòu)面和剪切帶+巖體破壞面組合滑移型。

（1）剪切帶+巖橋+中、緩傾角結(jié)構(gòu)面組合滑移模式

壩基下發(fā)育有緩傾的剪切帶，壩后抗力體中存在連通率不大的反傾上游緩傾角結(jié)構(gòu)面，壩體將沿剪切帶及壩后的緩傾角結(jié)構(gòu)面、巖體破壞面發(fā)生滑動(dòng)，形成剪切帶+巖橋+中、緩傾結(jié)構(gòu)面組合滑移模式。

溢流壩下巖層緩傾下游，左泄1-7號(hào)壩段建基面以下30m范圍內(nèi)發(fā)育3S602、3S620、3S502、3S501、3S418、3S430等6條Ⅱ、Ⅲ剪切帶；右泄1號(hào)～6號(hào)壩段建基面以下30m范圍內(nèi)共發(fā)育3S602、3S620、3S502、3S523、3S501、3S521等6條Ⅱ、Ⅲ剪切帶。

（2）剪切帶+巖體破壞面滑移模式

當(dāng)壩基下發(fā)育有緩傾下游的剪切帶，但壩后的抗力巖體中無中、緩傾角結(jié)構(gòu)面發(fā)育時(shí)，可構(gòu)成剪切帶+巖體破壞面滑移模式?；瑒?dòng)破壞受到下游巖體的抵抗，只有剪斷下游巖體后，才能產(chǎn)生滑移破壞。壩體下游抗力巖體由遂寧組第5段長(zhǎng)石巖屑砂巖夾粉砂質(zhì)粘土巖、第6段粉砂質(zhì)粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖夾少量長(zhǎng)石巖屑砂巖組成，部分為微新巖體、部分為弱至強(qiáng)風(fēng)化巖體。

4.3 最大可能滑移模式及處理措施

把所有與滑移模式有關(guān)的結(jié)構(gòu)面做成三維分析圖，按不同的壩段、不同的工況進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果顯示剪切帶+巖橋+中、緩傾角結(jié)構(gòu)面組合滑移為最有可能滑移模式，根據(jù)剪切帶及中緩傾角裂隙分布高程、規(guī)模，結(jié)合葛洲壩等工程實(shí)踐，建議采用齒槽混凝土置換措施，計(jì)算校核處理后在各種工況下運(yùn)行，大壩是安全的。

5 結(jié)語

壩基巖體為軟硬相間的紅層碎屑巖類，無規(guī)模大的斷層分布，無較長(zhǎng)大的破碎帶穿過壩基，通過詳細(xì)的特殊勘察，查清了裂隙、剪切帶發(fā)育規(guī)模和分布，經(jīng)綜合分析，最大可能的滑移模式為：剪切帶+巖橋+中、緩傾角結(jié)構(gòu)面組合滑移模式；滑移模式及剪切帶的分布高程清楚，工程所在地施工條件好，建議不同的壩段、不同部位采用齒槽混凝土置換措施處理，結(jié)構(gòu)面的連通率按30%考慮是可行的。

參考文獻(xiàn)

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