電站外邊坡穩(wěn)定性分析

許家文 侯晉杰 趙 星 山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，太原 030001

1 工程概況

某變電站站外邊坡位于山西省呂梁市，變電站站外南側(cè)西段邊坡為挖方場地邊坡，護(hù)坡形式采用漿砌片石砌筑，四階漿砌片石護(hù)坡為挖方場地邊坡，由下而上共由四級組成，各級護(hù)坡長度向上總體逐漸收斂。其中第一級護(hù)坡坡腳長約97m，坡頂長約115m；第二級護(hù)坡坡腳長約75m，坡頂長約63m；第三級護(hù)坡坡腳長約61m，坡頂長約50m；第四級護(hù)坡坡腳長約46m，坡頂長約28m。第一級護(hù)坡東西兩側(cè)的相鄰邊坡亦采用漿砌片石護(hù)坡砌筑而成，第二、三級護(hù)坡東西兩側(cè)相鄰邊坡采用漿砌片石拱形骨架護(hù)坡，最高的第四級護(hù)坡東西兩側(cè)無其他邊坡。

查閱該項(xiàng)目原設(shè)計圖紙，變電站站外南側(cè)西段四階漿砌片石護(hù)坡及過渡平臺采用M10水泥砂漿及MU35片石砌筑，并用M15水泥砂漿勾縫。第一、二級護(hù)坡設(shè)計坡度1∶1；第三級護(hù)坡設(shè)計坡度1∶0.93；第四級護(hù)坡設(shè)計坡度1∶0.74。各級護(hù)坡坡面砌筑的片石厚度均為300mm，坡頂砌筑的片石厚度均為500mm。除第四級坡頂場地應(yīng)鋪設(shè)600mm厚3∶7灰土層隔水層外，其余各級坡頂均為原土層。邊坡整體情況如圖1所示。

圖1 邊坡整體情況

2 邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

經(jīng)檢測，漿砌片石護(hù)坡施工質(zhì)量較差，且在后續(xù)使用過程中護(hù)坡已經(jīng)出現(xiàn)大量的裂縫和變形。檢測結(jié)果顯示：護(hù)坡出現(xiàn)的缺陷情況主要是施工質(zhì)量較差，加之邊坡土體受水流失所造成。為確定邊坡穩(wěn)定性，使用北京理正巖土軟件邊坡穩(wěn)定分析程序?qū)υ撨吰逻M(jìn)行建模計算。計算時使用各級邊坡土工試驗(yàn)參數(shù)和實(shí)測護(hù)坡結(jié)構(gòu)尺寸，建立模型進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時分一般工況和地震工況分別進(jìn)行計算，一般工況是邊坡處于天然狀態(tài)下的工況，地震工況是邊坡處于天然狀態(tài)+地震力下的工況。

2.1 一般工況下邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

計算簡圖如圖2所示。

圖2 計算簡圖

計算目標(biāo)為安全系數(shù)計算，滑裂面形狀為圓弧滑動法，坡面線段數(shù)為8，荷載信息與超載情況見表1，土層信息見表2。

在進(jìn)行計算時不考慮水的作用，圓弧的穩(wěn)定分析方法采用瑞典條分法，土條重切向分力與滑動方向反向時當(dāng)下滑力對待，穩(wěn)定計算目標(biāo)為自動搜索最危險滑裂面，條分法的土條寬度為1m，搜索時的圓心步長為1m，搜索時的半徑步長為0.5m。

計算結(jié)果顯示：

最不利滑動面的滑動半徑=48.023m；滑動安全系數(shù)=1.191；總的下滑力=4169.059kN；總的抗滑力=4963.866kN；土體部分下滑力=4169.059kN；土體部分抗滑力=4963.866kN。

表1 荷載信息與超載情況

表2 土層信息

2.2 地震工況下邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

計算簡圖如圖2所示。計算目標(biāo)為安全系數(shù)計算，滑裂面形狀為圓弧滑動法，坡面線段數(shù)為8，地震烈度為7度，水平地震系數(shù)為0.100，地震作用綜合系數(shù)為0.250，地震作用重要性系數(shù)為1.000，地震力作用位置為質(zhì)心處，水平加速度分布類型為矩形。荷載信息與超載情況見表1，土層信息見表2。

經(jīng)對邊坡穩(wěn)定性的計算分析，在一般工況下邊坡的滑動安全系數(shù)為1.191，地震工況下邊坡的滑動安全系數(shù)為1.142。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡穩(wěn)定性計算荷載組合與計算工況

①荷載組合

本次邊坡計算僅考慮邊坡土體的自重?？紤]地震力作用時，主要考慮地震水平慣性力作用，場地地震烈度為7度，地震動峰值加速度為0.10g，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB 50330-2013第5.2.6條的規(guī)定，地震作用綜合水平地震系數(shù)取0.050。

②工況組合

一般工況下邊坡處于天然狀態(tài)下的工況；地震工況下邊坡處于天然狀態(tài)+地震力作用。

3.2 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

表3 邊坡穩(wěn)定性計算模型參數(shù)表

表4 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表

3.3 邊坡穩(wěn)定性分析評價

邊坡工程的穩(wěn)定性的定量評價，必須有一個穩(wěn)定安全標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)因工程規(guī)模和重要性不同而有所差別。

綜合護(hù)坡現(xiàn)存缺陷和邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算分析結(jié)果可知，在進(jìn)行護(hù)坡承載力計算時受軟件模塊影響，并未將護(hù)坡缺陷折減入穩(wěn)定性驗(yàn)算中。因此結(jié)合護(hù)坡穩(wěn)定性分析評價計算中得到一般工況下護(hù)坡滑動安全系數(shù)為1.191為基本穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下護(hù)坡滑動安全系數(shù)為1.142為基本穩(wěn)定狀態(tài)，兩者均略高于邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分中基本穩(wěn)定狀態(tài)中的下限值，綜合邊坡現(xiàn)存空洞和護(hù)坡的裂縫及其他缺陷，目前邊坡在兩種工況下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

若不及時對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng)，極易發(fā)生邊坡滑動乃至出現(xiàn)嚴(yán)重的滑坡事故，由此會對變電站站內(nèi)設(shè)施以及坡頂線路鐵塔的安全造成嚴(yán)重威脅。