某水電站壩前堆積體成因機(jī)制分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

李 小 波， 吳 莉， 吉 華 偉

(1.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611130)

1 概 述

擬建某水電站壩型為混凝土雙曲拱壩，壩高201 m，正常蓄水位高程2 254 m，庫(kù)容8.5億m3，裝機(jī)容量2 400 MW。地質(zhì)勘察顯示，距壩址上游約100 m存在一個(gè)堆積體，體積約1 500×104m3，其穩(wěn)定與否直接影響電站樞紐布置方案的選擇及后期施工和運(yùn)營(yíng)。筆者從堆積體成因機(jī)制分析著手，分析并評(píng)價(jià)了該堆積體的穩(wěn)定性。

2 堆積體基本特征

2.1 堆積體空間展布特征

該堆積體平面分布總體呈扇形，面積約500×104m2，前緣最低高程約2 160 m，枯水期高出江面約80 m，后緣最高高程約2 930 m，正常蓄水位高程2 254 m時(shí)水下淹沒(méi)最大高度為94 m。堆積體在地形上呈前陡后緩，中后部相對(duì)寬緩，坡度約為20°～25°，植被茂盛，前緣坡度較陡，約30°～45°，生長(zhǎng)著少量灌木。堆積體前緣寬約750 m，縱向長(zhǎng)約1 400 m。據(jù)勘探揭示其最大垂直厚度約60 m，總體方量約1 500×104m3。

2.2 堆積體物質(zhì)的組成

據(jù)地表調(diào)查得知，該堆積體下伏基巖為燕山早期花崗閃長(zhǎng)巖，堆積體主要為塊碎石土，局部為含碎礫石土，淺黃色，塊石、碎石、礫石母巖成份均為花崗閃長(zhǎng)巖，次棱角狀，弱～強(qiáng)風(fēng)化，細(xì)顆粒為花崗閃長(zhǎng)巖全風(fēng)化產(chǎn)物，膠結(jié)較緊密。顆分試驗(yàn)成果表明，塊碎石土中粒徑大于60 mm粗顆粒含量達(dá)55%，2～60 mm中粒含量約為25%，2～0.075 mm細(xì)粒含量約為15%，小于0.075 mm粉粒含量較少，約占5%；在前緣基覆界線附近的含碎礫石土中粒徑大于60 mm的粗顆粒約占15%，2～60 mm中粒含量約為55%，2～0.075 mm細(xì)粒含量約為15%，小于0.075 mm粉粒含量約占15%。

3 堆積體成因機(jī)制分析

筆者從該堆積體地質(zhì)歷史、地形地貌特征、物質(zhì)組成等角度出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的特征現(xiàn)象，對(duì)該堆積體的成因機(jī)制進(jìn)行了分析。堆積體成因機(jī)制分析如下：①堆積體大致形成于晚更新世中期，玉龍山地區(qū)正處于末次冰期，具備形成冰川運(yùn)動(dòng)的時(shí)間條件；②堆積體后緣仍隱約可見(jiàn)古冰川運(yùn)動(dòng)通道遺留的“U”形谷地貌形態(tài)特征；③堆積體物質(zhì)組成中的塊石、碎石母巖為花崗閃長(zhǎng)巖，細(xì)顆粒為花崗閃長(zhǎng)巖全風(fēng)化產(chǎn)物，巖性單一，初步分析物質(zhì)來(lái)源較近，因此，堆積體后方地貌形態(tài)特征與地層巖性相吻合；④堆積體中上部以塊石、碎石為主，次棱角狀，下部以角礫為主，細(xì)顆粒含量較高，粗細(xì)顆粒嵌合緊密，為冰水共同作用的產(chǎn)物；⑤前緣淺表層較差的層狀沉積特征和較弱的水流作用痕跡正是由于淺表部冰土混合物隨著冰的消融，土在水流作用下形成局部層狀結(jié)構(gòu)；⑥堆積體基床多處發(fā)育有擦痕，正是曾經(jīng)的冰川運(yùn)動(dòng)強(qiáng)大刨蝕作用的結(jié)果。綜上所述，筆者推測(cè)該堆積體屬我國(guó)西部地區(qū)末次冰期冰川運(yùn)動(dòng)遺留的冰磧堆積體。

4 堆積體穩(wěn)定性分析

4.1 定性分析

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知，該堆積體中后緣植被茂盛，無(wú)拉張裂縫，前緣部分未見(jiàn)隆脹變形，坡體中部也無(wú)橫張裂縫發(fā)育，地表排水較暢，堆積體地表沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何變形破壞跡象。同時(shí)，由于該堆積體形成于晚更新世中期(Q3)，為冰磧堆積體，顆粒之間嵌合較緊密，具有一定的膠結(jié)，故經(jīng)綜合判斷認(rèn)為該堆積體現(xiàn)狀穩(wěn)定。

4.2 穩(wěn)定性計(jì)算

計(jì)算參數(shù)的選取以室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合工程類(lèi)比、參數(shù)反演等綜合選取，所選擇的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)水電工程的特點(diǎn)，主要考慮天然、暴雨、地震、蓄水、蓄水+暴雨、蓄水+地震等六種工況。地震工況下壩址區(qū)50 a 10%的基巖水平峰值加速度峰值為164 gal。

表1 堆積體穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值表

根據(jù)極限平衡原理，采用土質(zhì)邊坡常用的簡(jiǎn)化畢肖普法(Bishop法)及摩根斯坦-普賴(lài)斯法(M-P法)，選取堆積體的兩個(gè)代表性剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。堆積體整體穩(wěn)定計(jì)算以基覆界面作為底滑面，局部穩(wěn)定計(jì)算采用圓弧滑面搜索潛在滑面，穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 堆積體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算成果表

穩(wěn)定計(jì)算成果表明：①在六種計(jì)算工況下，整體穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.1，整體穩(wěn)定性較好；②在蓄水+暴雨、蓄水+地震工況下，局部穩(wěn)定系數(shù)大于1，小于1.05，堆積體局部穩(wěn)定性處于臨界狀態(tài)。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)壩前堆積體成因機(jī)制分析及穩(wěn)定性計(jì)算，可以得出以下結(jié)論：

(1)堆積體屬我國(guó)西部地區(qū)末次冰期冰川運(yùn)動(dòng)遺留的冰磧堆積體，形成于晚更新世中期。

(2)堆積體地表沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何變形破壞跡象，加之成因?yàn)楸兌逊e，壩前堆積體現(xiàn)狀穩(wěn)定。

(3)穩(wěn)定計(jì)算成果表明，堆積體整體穩(wěn)定性較好，在蓄水+暴雨、蓄水+地震工況下，壩前堆積體局部穩(wěn)定性處于臨界狀態(tài)。

(4)定性分析和定量計(jì)算分析結(jié)果表明，壩前堆積體整體穩(wěn)定性較好，對(duì)樞紐布置方案選擇及后期施工和運(yùn)營(yíng)影響較小。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 張倬元, 王士天, 王蘭生. 工程地質(zhì)分析原理[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1994.

作者簡(jiǎn)介:

李小波(1976-)，男，四川鄰水人，高級(jí)工程師，碩士，從事水電工程地質(zhì)工作；吳 莉(1978-)，女，河南信陽(yáng)人，副教授，碩士，從事公路橋梁專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與科研工作；吉華偉(1980-)，男，河北藁城人，工程師，學(xué)士，從事水電工程地質(zhì)工作.