水庫建筑物進出口邊坡穩(wěn)定性分析

羅媛

摘 要：水庫建筑物進出口距離大壩等水工建筑物較近，如果其邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)則會極大地影響相鄰的主要水工建筑物，為此，要關注和重視對水庫建筑物進出口的近壩庫岸邊坡建設，結合梯級水庫群中近壩庫岸邊坡的設計施工工況特點，采用邊坡快速穩(wěn)定分析方法反演邊坡受水位變化影響的安全性狀，解決水庫建筑進出口邊坡穩(wěn)定性的關鍵性問題，確保水庫建筑物進出口邊坡的穩(wěn)定性。

關鍵詞：水庫；邊坡；穩(wěn)定性

中圖分類號：TV1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0078-02

1 引言

水庫建筑物進出口位于主要水工建筑物附近，其穩(wěn)定性狀態(tài)對于鄰近的主要水工建筑物有極其關鍵的影響。重視對水庫建筑物進出口邊坡穩(wěn)定性的分析，由于庫岸邊坡分布地域較廣且地質狀況復雜，如果采用傳統(tǒng)的穩(wěn)定性分析則會因分析工作量巨大而出現(xiàn)與實際不相符合的問題，因此要切實考慮水庫的水位變化情況，采用快速、簡便可操作的水庫近壩庫岸邊坡穩(wěn)定性分析方法，以較好地避免水庫建筑物進出口邊坡失穩(wěn)而引發(fā)的庫水滿溢危及大壩的問題，實現(xiàn)水庫流域的正常調度。

2 水庫建筑物進出口邊坡安全穩(wěn)定性評價標準

水庫建筑物是梯級水庫群中確保泄流、防洪的基礎設施，在現(xiàn)行的水庫建筑物進出口邊坡安全穩(wěn)定性評價之中，大多是基于單庫單壩的單一安全系統(tǒng)條件下而建立的標準，為此，要考慮邊坡的風險因素，完善水庫建筑物進出口邊坡安全標準體系。

當前的水庫建筑物出口邊坡安全穩(wěn)定性等級可以按照其所服務的樞紐工程等級、建筑物級別、邊坡位置、邊坡失穩(wěn)的影響程度進行劃分，通常來說，失穩(wěn)風險度較大、地質條件復雜的邊坡，其安全穩(wěn)定性系數(shù)應當取上限值；邊坡出現(xiàn)變形但尚未失穩(wěn)可以采用邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)標準的大值；尤其關鍵或有變形幅度要求的邊坡則要確定安全系數(shù)設計標準，要高于上限值。在正常的工況之下，水庫建筑物進出口邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)取值應當在1.3～1.5的范疇之間。

在梯級水庫群之中，對于控制性高壩要采用超常規(guī)的特1級建筑物、特2級建筑物，并對應相關的邊坡安全穩(wěn)定性指標。

3 工程實例分析

以某水庫為例，該水庫的壩址位于支流河域中的村莊附近，水庫控制流域面積為1915km2，洪水水位為275m，相應庫容為6.08×109m3，正常蓄水水位為254m，相應庫容為3.05×109m3，其泄洪洞的進口高程為206.7m，導流洞的進口高程為178.68m，水庫的地質巖石結構的上部為中寒武系的直立灰?guī)r陡壁、下部為下寒武系頁巖，有極其明顯的泄洪洞、導流洞的進出口邊坡穩(wěn)定性問題。為此，要分析水庫進出口邊坡的地質條件，分析邊坡的破壞模式，采用切實有效的邊坡穩(wěn)定性分析方法進行評價。

3.1 邊坡巖體力學參數(shù)的選取

對水庫建筑物進出口邊坡的巖體開展野外巖體力學原位試驗，通常選取弱風化和微風化的巖體，以野外巖體力學的原位試驗參數(shù)取值為依據(jù)，利用精測線法開展對強風化巖體的節(jié)理裂隙測量和計算，在對巖體力學參數(shù)進行統(tǒng)計分析之下，假設天然邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)的前提進行反算校正，確定如下邊坡巖體力學參數(shù)的綜合取值（見表1）。

3.2 邊坡巖體破壞模式

水庫邊坡的山體破壞有不同的模式，從上部山體巖體的破壞模式來看，由于山體上硬下軟及未來庫水的作用和影響，導致上部邊坡山體巖體出現(xiàn)傾倒破壞、座滑破壞和蠕滑拉裂破壞等現(xiàn)象。從兩洞進出口邊坡的破壞模式來看，其巖體大多為較差的Ⅳ類巖體，且呈現(xiàn)出層狀的碎裂結構，由于其進出口的邊坡處的巖體結構大多為陡傾角節(jié)理，因而其出現(xiàn)結構面組合滑動的破壞幾率較小，而大多是以弧狀剪切滑移的方式出現(xiàn)切層滑動破壞。

3.3 水庫建筑物進出口邊坡穩(wěn)定性評價

在水庫建筑物的進出口邊坡變形現(xiàn)狀的考察和分析之下，可以采用定量分析方法，實現(xiàn)對進出口邊坡穩(wěn)定性的評價和分析。

3.3.1 赤平極射投影分析

赤平極射投影分析是一種用于水庫建筑物進出口邊坡穩(wěn)定性評價的定量分析方法，它可以借助于赤平極射投影圖，快速而準確地確定巖體中結構面、臨空面之間的夾角組合關系，了解巖體的具體結構，并通過巖體的強度參數(shù)判斷和分析邊坡結構面組合破壞的可能性。圖1即為水庫建筑物導流洞進口結構面的赤平極射投影分析圖。

圖1中，j代表結構面，小圓代表摩擦圓，結構面的內摩擦角為300，r1代表傾角為730時的邊坡，r2為傾角為530時的邊坡。對水庫兩洞進出口邊坡的赤平投影進行對比分析，可以對水庫的邊坡穩(wěn)定性得出如下結論：兩洞出口邊坡沿結構面發(fā)生組合滑動的可能性不大；進口邊坡結構面出現(xiàn)組合滑動的幾率較??；當進口邊坡在730時，有可能會沿著N520W∠610的方向滑動；當進口邊坡的傾角為600時，則不會出現(xiàn)邊坡滑動的破壞現(xiàn)象；邊坡設計角不可過小。

3.3.2 剛體極限平衡分析

水庫的泄洪洞和導同的進出口邊坡的剖面形態(tài)、地質條件大體一致，為此，可以取三個具有典型意義的計算剖面，僅對導流洞進口左側的邊坡剖面進行穩(wěn)定性分析。

無突出軟弱結構面的邊坡主要是表現(xiàn)為垂直裂縫加圓弧型的破壞模式，結合該水庫建筑物進出口邊坡巖體的結構特點，可以將該邊坡的破壞模式假設為垂直裂縫加圓弧形，并使之呈張開的狀態(tài)，粘聚力為0?；谶@一假設性前提，采用窮舉法分析邊坡的各種不同工況并加以計算，并將其分為有震和無震的情況進行系數(shù)選取，如表2所示。

由表2可知，水庫進出口邊坡在不同工況下的穩(wěn)定狀態(tài)良好，其穩(wěn)定性系數(shù)均超過了1.5，沒有深層整體滑移的危險。

4 結論

總之，水庫建筑物進出口邊坡的穩(wěn)定性分析要充分考慮其工程地質條件，對邊坡巖體進行工程地質劃分，了解其破壞的模式，并利用不同的分析方法進行穩(wěn)定性計算和評價，以全面把握水庫建筑物進出口邊坡的狀態(tài)。

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