西泌河水庫(kù)左岸導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性研究

張耀華，周林輝

（中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司工程建設(shè)事業(yè)部，貴州貴陽(yáng)550081）

西泌河水庫(kù)左岸導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性研究

張耀華，周林輝

（中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司工程建設(shè)事業(yè)部，貴州貴陽(yáng)550081）

邊坡穩(wěn)定性對(duì)導(dǎo)流洞的安全運(yùn)行有著重要影響，文章以貴州西泌河水庫(kù)左岸導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡工程為例，分析了邊坡地質(zhì)條件及變形破壞特征，并運(yùn)用極限平衡法對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，邊坡結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性良好，但局部區(qū)域有發(fā)生失穩(wěn)變形的可能，需在施工支護(hù)方面多加注意。

導(dǎo)流洞；進(jìn)水口邊坡；變形破壞特征；穩(wěn)定性

西泌河水庫(kù)位于貴州西泌河下游河段，其大壩樞紐區(qū)在貴州省晴隆縣蓮城鎮(zhèn)與馬場(chǎng)鄉(xiāng)交界處，壩址以上集雨面積336.85km2。西泌河水庫(kù)施工導(dǎo)流方式為圍堰斷流、隧洞導(dǎo)流，導(dǎo)流洞位于左岸坡。導(dǎo)流洞進(jìn)口高程為631.5m，出口高程為630.5m，導(dǎo)流洞長(zhǎng)388.739m，底坡為0.445%。導(dǎo)流洞斷面設(shè)計(jì)為城門洞型，斷面尺寸為6m×8.5m。導(dǎo)流洞邊坡本身坡度較大，邊坡巖體以軟質(zhì)風(fēng)化巖體為主，且內(nèi)部有卸荷裂隙和裂縫的存在，邊坡開(kāi)挖施工可能引起邊坡的失穩(wěn)，對(duì)水庫(kù)建設(shè)施工導(dǎo)流方案的實(shí)施造成較大影響［1］。

1 導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域地形地貌

工程區(qū)地處云貴高原向廣西丘陵盆地過(guò)渡的斜坡地帶，地形起伏較大，屬高原峽谷區(qū)。地勢(shì)總體西南高、東北低。庫(kù)區(qū)河谷深切，在地殼長(zhǎng)期內(nèi)外應(yīng)力的作用下，河谷及岸坡地帶各種不同形式不良物理地質(zhì)現(xiàn)象均有出現(xiàn)，經(jīng)調(diào)查河谷及岸坡不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為重力崩塌及滑坡。導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡地質(zhì)條件如下：

（1）進(jìn)口明挖段（樁號(hào)0+000～0+011.84）

地表基巖裸露，自然地形坡度56°。巖質(zhì)邊坡為切向坡，自然邊坡穩(wěn)定。洞室圍巖為T2g2-1碳泥質(zhì)膠結(jié)的角礫狀白云巖，軟質(zhì)強(qiáng)風(fēng)化巖體，巖體較破碎，洞室圍巖類別屬于Ⅴ類。

（2）進(jìn)口段（樁號(hào)0+011.84～0+046.72）

洞室圍巖為T2g2-1碳泥質(zhì)膠結(jié)的角礫狀白云巖，屬于軟質(zhì)弱風(fēng)化巖體。巖體中主要結(jié)構(gòu)面是層面及裂隙面，巖層產(chǎn)狀為16°∠48°。隧洞方向與巖層走向的夾角25°，洞室圍巖類別為Ⅳ類。

1.2 邊坡結(jié)構(gòu)體特征

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果以及已有地質(zhì)資料，分析導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要受變傾斜順向?qū)訋r體、層面以及裂隙的影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn)邊坡巖體中有組優(yōu)勢(shì)裂隙組合（L1～L4），將其與周圍小裂隙進(jìn)行編組，其性狀特征見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)流洞進(jìn)水樓裂隙組面性狀

2 邊坡變形破壞特征

導(dǎo)流洞邊坡自然變形較為明顯，外部出露有滑移拉裂和卸荷松動(dòng)破碎現(xiàn)象，如圖1所示。導(dǎo)流洞邊坡有強(qiáng)卸荷與弱卸荷巖體分布，強(qiáng)卸荷巖體分布于邊坡巖體上層，并由邊坡底部至上深度逐漸增加，整體外部輪廓呈凹弧形。在邊坡初始開(kāi)挖過(guò)程中，揭露導(dǎo)流洞上部巖體中有多條裂隙與裂縫，裂縫產(chǎn)狀與規(guī)模各不相同；其中①、②組裂縫對(duì)巖體穩(wěn)定性有著重要影響，在開(kāi)挖過(guò)程中部分區(qū)域出現(xiàn)開(kāi)裂。與此同時(shí)，巖體內(nèi)的②、③組緩傾斜結(jié)構(gòu)面可能形成滑移拉裂的底滑面，并且④組裂隙與卸荷弱結(jié)構(gòu)面錯(cuò)動(dòng)變形會(huì)造成巖體后緣拉裂與側(cè)向割裂情況［2-3］。綜上分析可知，導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡巖體變形破壞模式主要為順著軟弱結(jié)構(gòu)面的滑移—拉裂破環(huán)與側(cè)向割裂。

圖1 卸荷區(qū)巖體破壞

3 邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 邊坡穩(wěn)定性分析

導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡內(nèi)并不存在對(duì)邊坡穩(wěn)定穩(wěn)定性造成不利影響的結(jié)構(gòu)面存在，其整體穩(wěn)定性主要受大型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面控制，穩(wěn)定性良好。但分析地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果可知，導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡存在不利邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面組合存在，其分布區(qū)域主要集中在洞臉邊坡以及上游側(cè)邊坡位置。開(kāi)挖邊坡坡面穩(wěn)定性受到強(qiáng)卸荷類和弱卸荷類巖體的影響，有出現(xiàn)滑移破壞的可能。因此，根據(jù)上述地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類及破壞特點(diǎn)，對(duì)不同工況條件下的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)

圖2 自然邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模式

3.2 穩(wěn)定性計(jì)算成果分析

計(jì)算方法為一般條分法、畢肖普法以及簡(jiǎn)布法種，分析自然邊坡在四種不同工況下的穩(wěn)定性系數(shù)，并將之與安全允許值進(jìn)行對(duì)比分析，了解導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性極限平衡情況［4-8］。四種工況分別為：工況Ⅰ，天然；工況Ⅱ，暴雨；工況Ⅲ，地震，工況Ⅳ，暴雨地震。根據(jù)導(dǎo)流洞邊坡結(jié)構(gòu)面特性并取結(jié)構(gòu)面參數(shù)，但需注意在暴雨條件下適當(dāng)調(diào)整計(jì)算參數(shù)，如巖石容重提高kN/m3，巖石內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角需適當(dāng)降低，不同剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。

表2 導(dǎo)流洞邊坡縱剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表3 橫剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

分析上表數(shù)據(jù)可知，四種工況的安全穩(wěn)定性系數(shù)范圍分別在1.5～1.8、1.0～1.2、1.4～1.55和1.0～1.1，均在安全允許范圍之內(nèi)，因此判定西泌河水庫(kù)導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性良好，邊坡結(jié)構(gòu)模型組合滿足不同工況下安全使用要求。

4 邊坡局部穩(wěn)定性分析

4.1 洞臉邊坡

導(dǎo)流洞洞臉邊坡的結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀為N61°W/NE∠63°，局部區(qū)域有出現(xiàn)平面拉裂破壞的可能，其局部邊坡穩(wěn)定性赤平投影如圖2所示?；评褖K體的出現(xiàn)主要是②-1順坡裂隙以及L2裂隙底滑面切割巖體造成的，而L3裂隙滑面是局部巖體失穩(wěn)的側(cè)向控制面。

4.2 上游側(cè)、下游側(cè)邊坡

導(dǎo)流洞上游側(cè)邊坡產(chǎn)狀為N16°E/SE∠48°，導(dǎo)流洞進(jìn)水口上游側(cè)巖體分布的②組緩斜結(jié)構(gòu)面向下游傾斜，上游側(cè)邊坡整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，基本沒(méi)

圖2 洞臉赤平投影

有發(fā)生破壞失穩(wěn)的可能。而由下游側(cè)邊坡局部穩(wěn)定性赤平投影（圖3）可知，進(jìn)水口下游側(cè)邊坡傾角較大，有發(fā)生局部滑移拉裂破壞的可能，其發(fā)生是②-1底滑面和①組裂隙后緣拉面共同作用的結(jié)果。

圖3 側(cè)邊坡赤平投影

5 結(jié)語(yǔ)

（1）西泌河水庫(kù)左岸導(dǎo)流洞進(jìn)水口圍巖巖體以強(qiáng)卸荷Ⅴ類和弱卸荷Ⅳ類為主。邊坡施工開(kāi)挖會(huì)增加坡高，其開(kāi)挖坡比要超過(guò)邊坡穩(wěn)定坡比，可能造成邊坡的失穩(wěn)變形，需對(duì)其邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。地質(zhì)勘察結(jié)果表明，導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度較低，僅有層面與裂隙面，邊坡上覆強(qiáng)卸荷類巖體較少，故認(rèn)為邊坡穩(wěn)定性較好。

（2）對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成影響的因素主要為強(qiáng)卸荷Ⅴ類和弱卸荷Ⅳ類巖體。通過(guò)邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，進(jìn)水口邊坡在不同工況條件下，整體穩(wěn)定性系數(shù)均在安全允許范圍內(nèi)，穩(wěn)定性良好。

（3）邊坡巖體中裂隙發(fā)育程度較大，部分結(jié)構(gòu)面組合可能對(duì)導(dǎo)流洞洞臉及下游側(cè)邊坡穩(wěn)定性造成影響。因此，工程施工中需要合理確定開(kāi)挖支護(hù)工藝，優(yōu)化爆破參數(shù)，確定有效系統(tǒng)的錨噴支護(hù)方案，并加強(qiáng)地質(zhì)勘測(cè)與部分區(qū)域的錨索加固支護(hù)。

［1］詹興強(qiáng)，徐乾奇，張曦.雅礱江某水電站導(dǎo)流洞進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性研究［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（01）：38-42.

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TV62+1

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1008-1305（2017）01-0138-04

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.042

2016-05-17

張耀華（1982年—），男，工程師。