水電站邊坡滑面強(qiáng)度參數(shù)反演

章朝峰

摘要

該邊坡為大壩建設(shè)區(qū)安全、穩(wěn)定性要求最高的邊坡，其整體穩(wěn)定性直接影響到壩段的成立，對(duì)壩址的選擇具有決定性的影響。對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)、水文資料的觀測(cè)推測(cè)該邊坡整體上不穩(wěn)定，在現(xiàn)有資料的分析基礎(chǔ)上，判斷該邊坡可能的破壞模式為覆蓋層內(nèi)部的滑動(dòng)和沿基覆界面的深層滑動(dòng)。基于現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)果和邊坡安全系數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)邊坡的土體力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行安全參數(shù)反演分析。

關(guān)鍵詞水電站；邊坡穩(wěn)定性；滑面強(qiáng)度參數(shù)；Bishop法；MogenshemPrice法；反演分析

中圖分類號(hào)S27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）24-307-02

電站建設(shè)區(qū)內(nèi)邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題對(duì)工程建設(shè)的可研起到舉足輕重的作用，并在很大程度上影響電站發(fā)電工程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)[1]。目前在巖石邊坡穩(wěn)定性分析中廣泛采用的方法是數(shù)值分析法和剛體極限平衡法，無(wú)論哪種分析方法，其計(jì)算結(jié)果的精度很大程度上依賴于所選巖體的力學(xué)參數(shù)（C內(nèi)聚力，φ內(nèi)磨擦角）值的精確性[2-6]。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)土體的強(qiáng)度參數(shù)的反演結(jié)果對(duì)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明反演結(jié)果接近實(shí)際情況，可以作為加固方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。

1工程地質(zhì)概況

筆者所述工程區(qū)位于NWW向的金沙江斷裂帶附近，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，NW-NNW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，NEE向斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，巖體變質(zhì)較深、褶皺強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖性按其工程地質(zhì)性質(zhì)分為兩組上段為大理巖組，下段為片麻巖組。通過(guò)工程地質(zhì)測(cè)繪和鉆探表明，區(qū)內(nèi)的主要控制性斷層為斷層F1、F9-1及推測(cè)斷層F209，另外，中壩址左岸岸坡主要發(fā)育NE向、NNW向斷層，對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響很大。

2 參數(shù)反演分析

2.1參數(shù)反演思路及確定安全系數(shù)

筆者根據(jù)對(duì)邊坡的地質(zhì)、水文進(jìn)行分析，在現(xiàn)有資料的分析基礎(chǔ)上，利用Slide軟件對(duì)邊坡進(jìn)行各工況下的剛體極限平衡法分析時(shí)，選用Bishop圓弧法計(jì)算發(fā)生在覆蓋層內(nèi)部的滑動(dòng)破壞。在天然工況與地震工況下，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)照DLT5353-2006《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》，判斷邊坡的類別及等級(jí)，按通過(guò)搜索最危險(xiǎn)滑面和接觸面滑帶來(lái)反演參數(shù)，剖面在最不利工況下處于極限平衡狀態(tài)，求得此時(shí)的參數(shù)即為滑帶所在的巖土層的抗剪力學(xué)參數(shù)的下限值。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，邊坡在自然狀態(tài)下整體穩(wěn)定性較好，目前僅在邊坡前緣處見(jiàn)有明顯的變形跡象外，但未見(jiàn)有整體變形的跡象。另外，邊坡在遭遇1985年當(dāng)?shù)匕l(fā)生的6.4級(jí)地震時(shí)，也未發(fā)生過(guò)整體失穩(wěn)，這說(shuō)明邊坡在天然和地震工況下的安全系數(shù)有一定裕度。綜合上面的分析，按地震加速度0.05 g[7]，穩(wěn)定系數(shù)在1.01～1.05之間對(duì)巖土體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演。

2.2反演條件

參數(shù)反演過(guò)程中，對(duì)邊坡進(jìn)行反演。邊坡覆蓋層主要由Qde1+col構(gòu)成，還有少量Qcol。

根據(jù)地質(zhì)資料提供的邊坡的初始力學(xué)參數(shù)取值為巖體覆蓋層的φ值為27°；C值為54 kPa；天然容重為17.5 N/m3；飽和容重為18.0 N/m3。采用slide軟件中的Bishop法和Mogenstern-Price法，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，依次對(duì)上述各剖面的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演[8]。

剖面模型如下，其中模型寬1 053 m，高875 m。

（1）Bishop圓弧法參數(shù)的反演。剖面邊坡反演Qde1+col參數(shù)，在地震工況下，得到以下計(jì)算結(jié)果：

依據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，作剖面滑帶安全系數(shù)k值與C值的關(guān)系曲線如圖2所示。

3 反演結(jié)果與分析

根據(jù)上面邊坡各剖面各滑帶參數(shù)反演所繪制的k-C關(guān)系曲線，可以得出不同φ值情況下所對(duì)應(yīng)的C值，采用Bishop圓弧法反演的參數(shù)結(jié)果如表2所示。

采用Mogenstern-Price折線法反演各滑帶力學(xué)參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，剖面反演結(jié)果顯示，該斷面發(fā)生接觸帶滑動(dòng)破壞的可能性相比圓弧滑面破壞的可能性更高，此時(shí)參數(shù)建議取值C取55 kPa，φ取28.0°。與之相反的是，其他5個(gè)剖面反演的參數(shù)值均偏低，與提供的相關(guān)地質(zhì)參數(shù)出入較大，超出合理范圍，故不予考慮。

以C值為準(zhǔn)選取出各剖面各滑帶各工況下各組數(shù)值，然后將邊坡各剖面各滑帶各工況的參數(shù)反演結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

4 小結(jié)

綜合以上計(jì)算分析結(jié)果，比照類似工程物理力學(xué)參數(shù)（表1），最終選取在接觸帶滑動(dòng)破壞模式[9]下剖面反演邊坡強(qiáng)度參數(shù)（C=54 kPa，φ=27.0°）作為邊坡覆蓋層的等效力學(xué)參數(shù)[10]，以此反映邊坡的物理性質(zhì)較為科學(xué)、合理。

文章結(jié)合極限平衡理論采用Bishop圓弧法和Mogenstern-Price折線法對(duì)邊坡邊坡進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析和參數(shù)反演，確定了邊坡邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)，即邊坡覆蓋層C值取54 kPa，φ取27.0° 。

參考文獻(xiàn)

[1]

周云，艾明建，李幼華.梯級(jí)水電站間水庫(kù)調(diào)節(jié)效益償付方法研究[J].水力發(fā)電，2000（3）：7-10.

[2] 崔政權(quán)，李寧.邊坡工程——理論與實(shí)踐的最新發(fā)展[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.

[3] 黃顯貴，陳植華，郭英麗.基于地震力的滑坡穩(wěn)定性分析[J].安全與環(huán)境工程，2005（1）：82-84.

[4] 蔡美峰.巖石力學(xué)與工程[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[5] 劉迎曦，吳立軍，韓國(guó)城.邊坡地層參數(shù)的優(yōu)化反演[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23（3）：315-318.

[6] 穆征，王方勇，李靜，等.基于模糊綜合評(píng)價(jià)模型的河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)[J].水力發(fā)電，2009，35（4）：11-13.

[7] 陳厚群.水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修編的若干問(wèn)題研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2011，30（6）：4-10.

[8] 李守巨，劉迎曦，孫偉.智能計(jì)算與參數(shù)反演[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[9] 黃東軍，聶廣明.重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)若干問(wèn)題的思考[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2005（4）：90-94.

[10] 趙劍明，劉小生，陳寧，等.高心墻堆石壩的極限抗震能力研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009，28（5）：97-102.