浩口水電站地面廠房下游左岸堆積體穩(wěn)定分析與評(píng)價(jià)

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 北部新區(qū)，401120)

1 工程概況

浩口水電站地處重慶市武隆縣南部，重慶市彭水縣和貴州省道真縣交界處，大壩位于重慶市武隆縣浩口鄉(xiāng)浩口村，芙蓉江下游河段。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程356.50m，最大壩高84.50m，正常蓄水位352.00m，總庫容8962萬m3，電站總裝機(jī)135MW，工程規(guī)模為Ⅲ等，是一座以發(fā)電為主的中型水電樞紐工程。地面廠房位于壩后左岸，崩塌堆積體位于芙蓉江下游左岸，緊鄰地面廠房。

2 堆積體基本工程地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

堆積體上游邊界緊鄰地面廠房，下游以下壩址上游左岸沖溝為界，堆積體后緣地表高程410m～425m，前緣為芙蓉江，河床地表高程300m～305m。堆積體邊坡走向?yàn)镹65°E，整體地形地貌呈北高南低的“圈椅”狀，前緣順河向長670m，后緣順河向長423m，垂直河流方向上游寬203m，中部寬280m，下游寬304m。堆積體中下部337m～350m高程為一鄉(xiāng)村機(jī)耕道，機(jī)耕道高程以上地形坡度一般20°～25°，為斜坡地形，機(jī)耕道高程以下臨江側(cè)邊坡主要為陡坡地形，地形坡度30°～40°。水文站附近局部形成陡坎，坎高達(dá)10m。堆積體中部局部為緩坡平臺(tái)，后緣基巖出露段地形坡度20°～40°不等。堆積體地質(zhì)平面見圖1所示。

圖1 堆積體地質(zhì)平面

堆積體構(gòu)造上位于三會(huì)向斜SE翼，巖層產(chǎn)狀271°∠53°，基巖為志留系中統(tǒng)韓家店組(S2h)灰綠色頁巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖，頂部為紫紅色泥巖、頁巖，強(qiáng)風(fēng)化厚一般3m～8m不等。根據(jù)1∶400萬《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)，場(chǎng)區(qū)50年超越概率為10%的地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

2.2 崩塌堆積體成因及物質(zhì)組成

該崩塌堆積體經(jīng)多次崩塌堆積而成，為查明堆積體厚度、土體分層和性狀特征以及分布規(guī)律等，預(yù)可研和可研階段共布置了6個(gè)地質(zhì)鉆孔和2個(gè)豎井。經(jīng)勘探揭示，該堆積體厚10m～45.2m不等，分布不均勻，性狀特征差異大。根據(jù)崩塌堆積體成因和物質(zhì)組成，可將其分為以下4類：

(1)崩坡積層(Q4col+dl①)：成分為灰?guī)r塊石夾粉質(zhì)粘土，塊石直徑大小0.3m～1.5m，約占40%，淺表見架空結(jié)構(gòu)，局部見孔隙式膠結(jié)，鉆孔揭示該層厚7.0m～34.2m不等。豎井SJ1揭示該層厚5.1m，上部塊石粒徑最大1.5m，呈棱角狀，局部見泥質(zhì)膠結(jié)，下部塊石夾粉質(zhì)粘土，塊石粒徑一般10cm～30cm，最大1.0m，約占60%，中密狀；主要分布在Ⅰ、Ⅱ分區(qū)處小沖溝上游；

(2)崩坡積層(Q4col+dl②)：成分為頁巖、泥巖碎塊夾粉質(zhì)粘土，上部以粘土為主，下部為碎石土，碎石約占20%。豎井SJ1揭示該層深度為5.1m～10.0m，為粘土夾泥巖、頁巖碎塊，塊徑大小一般10cm～20cm，最小3cm～5cm，約占50%，呈中密狀，無架空現(xiàn)象，該層厚度變化大，上游厚5m，下游ZK21孔揭示厚度32.9m；

(3)崩坡積層(Q4col+dl③)：成分為灰?guī)r塊石夾粘土，塊徑一般10cm～30cm，最大1.0m，約占60%，中密狀，級(jí)配不連續(xù)。豎井SJ1揭示該層厚12.6m，SJ2揭示該層厚5.5m；

(4)殘坡積層(Q4eld)：成分為灰黃色粘土夾少量泥、頁巖碎屑，粒徑大小1cm左右，約占10%，淺表松散，下部呈硬塑狀；主要分布在淺表緩坡或局部斜坡地帶。

根據(jù)土體物質(zhì)組成和分布位置，以ZK31號(hào)孔后側(cè)沖溝為界，將該堆積體劃分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)2個(gè)分區(qū)(見圖1)。

2.3 接觸面物質(zhì)組成和特征

在下游沖溝可見堆積體與基巖接觸帶，該接觸帶不平直，呈波狀起伏，接觸帶為頁巖碎塊夾粘土，中密狀。根據(jù)豎井揭示，SJ1井深22.3m～22.7m段為接觸帶，巖屑主要為灰?guī)r、頁巖碎塊，粒徑大小一般2cm～3cm，最大10cm，棱角明顯，約占70%，厚30cm～40cm；SJ2井深5.5m～6.4m段為接觸帶。

3 巖土物理力學(xué)參數(shù)選取

可研階段對(duì)堆積體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣和室內(nèi)試驗(yàn)，其試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 堆積體取樣室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)堆積體各物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征，依據(jù)堆積體取樣室內(nèi)試驗(yàn)成果，并參照類似工程提出其物理力學(xué)參數(shù)建議值，見表2。

表2 堆積體物理力學(xué)參數(shù)建議值

4 穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

4.1 現(xiàn)狀穩(wěn)定性定性分析

堆積體Ⅰ區(qū)

前緣348m高程以下地形坡度30°～35°，348m高程以上地形坡度20°～25°，340m～353m高程為鄉(xiāng)村機(jī)耕道，除前緣較陡外，后緣為斜坡地形。堆積體成分主要為灰?guī)r塊石夾粉質(zhì)粘土，塊石粒徑大小30cm～150cm，約占40%，淺表有架空結(jié)構(gòu)，局部見孔隙式膠結(jié)，厚5m～25m不等。豎井SJ1揭示，井深0～5.1m為灰?guī)r塊石夾粘土(Q4col+dl①)，局部可見接觸式膠結(jié)；5.1m～10.0m為紫紅色、褐灰色粘土夾泥巖、頁巖碎屑(Q4col+dl②)，碎屑大小3cm～5cm，占30%左右；10.0cm～22.7m為灰?guī)r塊石夾粘土(Q4col+dl③)，無架空結(jié)構(gòu)，較密實(shí)。接觸帶主要為碎石夾粘土，碎石約占70%，局部可見膠結(jié)，接觸帶厚度相差較大，局部為堆積層中灰?guī)r塊石與基巖接觸，接觸帶不平直，呈波狀起伏。

該區(qū)堆積體主要成分為塊石碎石土，邊坡上部為斜坡地形，后緣未出現(xiàn)過張拉裂縫和變形現(xiàn)象，前緣未出現(xiàn)過垮塌和鼓脹裂縫，坡面居民房屋建筑物完好。因此，該區(qū)堆積體現(xiàn)狀穩(wěn)定。

4.2 堆積體Ⅱ區(qū)

前緣336m高程以下地形坡度25°～33°，336m～340m高程為鄉(xiāng)村機(jī)耕道，340m～370m高程多為梯形稻田，370m高程以上地形坡度20°～25°。堆積體上部淺表為殘坡積粉質(zhì)粘土，下部為泥巖、頁巖碎屑夾砂土、粉質(zhì)粘土，粒徑大小一般0.2cm～6.0cm，最大粒徑10cm，占40%左右。在下游沖溝內(nèi)見接觸帶，為頁巖碎塊夾粘土，面不平直，呈波狀起伏，無軟弱夾層。

該區(qū)堆積體主要成分為泥巖、頁巖碎屑夾砂土、粉質(zhì)粘土，邊坡上部主要為斜坡地形，后緣未出現(xiàn)過張拉裂縫和變形現(xiàn)象，前緣未出現(xiàn)過垮塌和鼓脹裂縫，坡面居民房屋建筑物完好。因此，該區(qū)堆積體現(xiàn)狀穩(wěn)定。

4.3 現(xiàn)狀穩(wěn)定性定量分析

大壩和地面廠房均為3級(jí)建筑物，根據(jù)《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5337-2006)，相應(yīng)堆積體邊坡級(jí)別為2級(jí)。尾水渠設(shè)計(jì)正常尾水位為301.17m，與勘察期間河水位301.0m基本一致。

場(chǎng)地工況選取，正常運(yùn)行條件工況1：水庫正常運(yùn)行期間，尾水渠正常尾水位為301.17m；非常運(yùn)行條件工況2：暴雨。

安全系數(shù)選?。赫＿\(yùn)行條件工況Ⅰ時(shí)取1.25～1.15，非常運(yùn)行條件工況2時(shí)取1.15～1.05。

在堆積體Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別選取1-1′和2-2′剖面(圖2和圖3)為代表性剖面，采用簡化畢肖普法(圓弧)、傳遞系數(shù)法和摩根斯坦—普萊斯法計(jì)算最危險(xiǎn)滑面及其相應(yīng)安全系數(shù)，其成果見表3。

圖2 1-1′剖面

圖3 2-2′剖面

表3 穩(wěn)定計(jì)算成果

根據(jù)計(jì)算成果可知：1-1′剖面在正常運(yùn)行條件工況1時(shí)為穩(wěn)定，非常運(yùn)行條件工況2時(shí)為基本穩(wěn)定；2-2′剖面在正常運(yùn)行條件工況1和非常運(yùn)行條件工況2時(shí)的最危險(xiǎn)滑面均出現(xiàn)在前緣310m～320m高程，地形坡度略偏陡，且均位于地下水位以上，因此，兩種計(jì)算工況的最危險(xiǎn)滑面和其相應(yīng)安全系數(shù)均一樣，滑體體積約320m3，較小，對(duì)堆積體整體穩(wěn)定性無影響。

綜上所述，堆積體在水庫正常運(yùn)行期間整體穩(wěn)定，暴雨期間基本穩(wěn)定，2-2′剖面前緣局部會(huì)出現(xiàn)小體積垮塌，但對(duì)堆積體整體穩(wěn)定性無影響。

5 結(jié)論與建議

浩口水電站地面廠房下游左岸堆積體在水庫正常運(yùn)行期間整體穩(wěn)定，暴雨期間基本穩(wěn)定，堆積體前緣局部會(huì)出現(xiàn)小體積垮塌，但對(duì)堆積體整體穩(wěn)定性無影響。施工期，地面廠房尾水渠內(nèi)側(cè)邊坡已采用擋墻加固支護(hù)處理，利于邊坡的穩(wěn)定。建議電站在施工期間和蓄水后對(duì)堆積體邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以直接獲得邊坡信息，及時(shí)掌握邊坡變形發(fā)展趨勢(shì)并作出預(yù)測(cè)。