高陡邊坡局部開挖支護(hù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響分析

張小剛，張欄馨

（1.中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051；2.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南昆明650500）

高陡邊坡局部開挖支護(hù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響分析

張小剛1，張欄馨2

（1.中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051；2.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南昆明650500）

某大型水電站近壩庫區(qū)一高陡邊坡局部開挖有臨時(shí)施工道路，為分析該施工道路開挖及附屬支護(hù)對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響，本文采用極限平衡理論，借助SLIDE邊坡計(jì)算軟件對(duì)該處邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過對(duì)比該邊坡布置有施工道路+錨索和未布置的情形，研究局部施工道路和錨索對(duì)該高陡邊坡穩(wěn)定性的影響。計(jì)算表明，局部的開挖和支護(hù)對(duì)該邊坡的整體穩(wěn)定性影響較小，但對(duì)工程擾動(dòng)附近的潛在滑體有一定影響，錨索對(duì)局部滑體穩(wěn)定有一定加強(qiáng)作用，但影響不太明顯。

局部開挖；錨索支護(hù)；邊坡穩(wěn)定；高陡邊坡

1 概述

邊坡位于瀾滄江中游河段某大型水電站近壩庫區(qū)，靠近壩軸線上游約1 km處，為傾倒松弛巖體高陡邊坡。該傾倒松弛巖體邊坡分布高程范圍較大，對(duì)水電站混凝土大壩施工及運(yùn)行潛在威脅較大。因大壩施工需要，在該邊坡上修建有臨時(shí)施工道路，路基開挖對(duì)該邊坡有所擾動(dòng)。為分析該臨時(shí)施工道路對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的影響，本文采用極限平衡法對(duì)該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析研究[1]，了解該局部開挖道路對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的影響，以指導(dǎo)下階段的工程設(shè)計(jì)和施工。

2 邊坡概況

傾倒松弛巖體邊坡高約500 m，分布高程為1 450～1 910 m，方量700×104～800×104m3。該傾倒松弛巖體距離壩軸線近，影響壩基、大壩等1級(jí)水工建筑物的安全，屬于B類Ⅰ級(jí)邊坡。

根據(jù)前期研究成果，其天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。水庫蓄水后，其整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，可能的變形破壞型式主要以庫岸坍塌的漸進(jìn)式變形破壞為主。傾倒松弛巖體具有較為獨(dú)特的復(fù)雜變形特征，其底部沿F217-3斷層帶發(fā)生傾倒～剪切滑移變形，斜坡巖體產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的傾倒彎曲或折斷破裂。變形的形成過程與發(fā)展程度，受控于底部F217-3斷層帶的剪切滑移狀況。這種較為特殊的下部傾倒～剪切滑移、上部傾倒彎曲（局部折斷）復(fù)合式傾倒變形，可定義為受底部滑移變形控制的“傾倒滑移～彎、折”型變形模式。

3 計(jì)算參數(shù)

3.1 計(jì)算剖面

為考察邊坡上的局部施工道路開挖及道路支護(hù)錨索對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，選擇圖1所示的典型計(jì)算剖面進(jìn)行計(jì)算。

圖1 典型計(jì)算剖面圖

3.2 計(jì)算工況及參數(shù)

3.2.1 計(jì)算工況

1）持久工況：正常運(yùn)行期—正常蓄水位+蓄水后地下水位。

2）短暫工況：水庫驟降—正常蓄水位驟降6 m+蓄水后地下水位；天然工況—蓄水前地下水位；天然工況+暴雨—孔隙水壓力按1/4滑塊高度水頭計(jì)算；正常運(yùn)行工況+暴雨—正常蓄水位+暴雨+蓄水后地下水位。

3）偶然工況：地震期—正常蓄水位+蓄水后地下水位+地震荷載。

只考慮水平地震，取滿足邊坡抗震概率水準(zhǔn)50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度0.123g，地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)取0.25。

3.2.2 巖體力學(xué)參數(shù)

根據(jù)傾倒松弛巖體的地質(zhì)特性和地質(zhì)資料將巖層分層，傾倒松弛巖體以下的弱風(fēng)化層作為穩(wěn)定層假定，各層參數(shù)見表1。

表1 巖體力學(xué)參數(shù)計(jì)算采用值

3.2.3 計(jì)算方法

運(yùn)用塊體極限平衡計(jì)算方法，計(jì)算程序?yàn)榧幽么驲ocScience公司SLIDE5.0版本，分別采用目前應(yīng)用較廣泛的Bishop、簡化Janbu、Spencer及Morgen stern-Price法綜合計(jì)算分析[2]，計(jì)算成果取以上方法的均值。

4 計(jì)算分析

SLIDE軟件使用垂直條塊極限平衡分析方法來分析滑動(dòng)面的穩(wěn)定性，可分析指定滑面，也可使用自動(dòng)搜索方法來搜尋給定邊坡的臨界滑動(dòng)面。本文按指定滑體或者滑弧進(jìn)行分析。

4.1 施工道路+錨索對(duì)穩(wěn)定的影響

4.1.1 分析模式

本文選取3組潛在滑移模式進(jìn)行分析：模式一，滑體位于淺層A區(qū)，沿A區(qū)及B區(qū)變形體之間的變形破裂面和后緣“彎～折”破裂帶組成潛在滑移控制面，發(fā)生淺層局部剪切滑移；模式二，滑體位于淺層A區(qū)及B區(qū)，沿B區(qū)及C區(qū)變形體之間的變形破裂面和后緣“彎～折”破裂帶組成潛在滑移控制面，發(fā)生淺層局部剪切滑移；模式三，滑體位于淺層A區(qū)、B區(qū)及C區(qū)，沿C區(qū)底面變形破裂面及后緣“彎～折”破裂帶組成潛在滑移控制面，發(fā)生局部剪出破壞模式[3]。

各滑移模式分別計(jì)算天然剖面和有實(shí)際施工道路+錨索（道路開挖后設(shè)置邊坡加固錨索）2種情況進(jìn)行對(duì)比分析。各滑移體位置如圖2所示。

圖2 滑移體位置示意圖

4.1.2 計(jì)算成果及分析

計(jì)算成果見表2。根據(jù)表2分析得：

1）滑移模式一布置了施工道路和錨索后，滑體在高高程公路邊坡處截?cái)?。相比未開挖時(shí)計(jì)算的安全系數(shù)整體偏小，但差別不大，施工道路和錨索對(duì)該滑體安全系數(shù)影響不大。

表2 潛在滑移模式穩(wěn)定性計(jì)算成果表

2）滑移模式二滑體錨索穿過滑體，布置了施工道路和錨索后，在錨索加固作用下，計(jì)算安全系數(shù)整體偏高，但數(shù)值差別不大，相比開挖對(duì)穩(wěn)定性的削弱，錨索更有利于提高穩(wěn)定性。

3）滑移模式三布置了施工道路和錨索后，邊坡安全系數(shù)基本沒有變化，主要原因是開挖和錨索不穿過分析滑體，且離滑體較遠(yuǎn)，對(duì)該滑體的影響較小。

4.2 局部錨索對(duì)穩(wěn)定的影響

4.2.1 分析模式

分析考慮邊坡上均開挖了施工道路，同時(shí)分別取有錨索和無錨索2種模式進(jìn)行對(duì)比分析。計(jì)算滑弧位置如圖3所示。

4.2.2 計(jì)算成果及分析

滑弧3和滑弧4因在蓄水工況會(huì)淹沒于水下，表3中只列出蓄水前的天然工況和天然+暴雨工況的安全系數(shù)。

表3 各潛在滑弧穩(wěn)定性計(jì)算成果表

根據(jù)表3成果分析可得：滑弧1中錨索未穿過滑體，滑弧2中錨索穿過滑體的部分很小，在有/無錨索情況下，2滑弧計(jì)算出的安全系數(shù)基本無影響，反映在計(jì)算成果表中的數(shù)值差別微??；根據(jù)對(duì)滑弧3和滑弧4的計(jì)算可知，布置錨索后安全系數(shù)

圖3 邊坡布置施工道路示意圖

有一定提高，主要因?yàn)殄^索穿透了滑體，且滑體處于錨索附近，因此錨索對(duì)安全系數(shù)提高有一定的作用。

5 結(jié)語

本文針對(duì)大型邊坡上局部開挖施工道路的情形，邊坡上有/無施工道路+錨索和施工道路開挖后是否布置錨索2種情況進(jìn)行對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)施工道路+錨索切斷的滑體范圍較小時(shí)，如圖1，2，局部開挖會(huì)導(dǎo)致該滑體穩(wěn)定計(jì)算的安全系數(shù)略偏小，但差別不大。當(dāng)施工道路+錨索遠(yuǎn)離計(jì)算滑體時(shí)，對(duì)邊坡局部的開挖及錨索布置對(duì)分析滑體的穩(wěn)定基本無影響。

2）在邊坡開挖有施工道路的前提下，當(dāng)錨索未穿透計(jì)算滑體或穿透范圍較小時(shí)，錨索對(duì)滑體穩(wěn)定基本無影響，表現(xiàn)在安全系數(shù)上差別微小。

3）邊坡局部開挖位于分析滑體上，且錨索穿透了滑體較大部分時(shí)，如滑弧3和滑弧4的情況，錨索對(duì)該滑體的穩(wěn)定起主導(dǎo)作用，對(duì)滑體的整體穩(wěn)定性提高較大。

［1］張萍，田斌.坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，26（3）：254-257.

［2］SL386-2007，水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］劉根亮.瀾滄江黃登水電站近壩庫1號(hào)傾倒變形體的穩(wěn)定性及其對(duì)大壩安全的影響研究［D］.成都理工大學(xué)，2010，05，01.

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2017-02-08