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      淺談某水電站滑坡體穩(wěn)定分析及治理方案

      2017-10-19 23:11:29李宜
      水能經(jīng)濟(jì) 2017年10期
      關(guān)鍵詞:滑坡體工況

      李宜

      【摘要】某水電站滑坡體位于永久改線道路一側(cè),通過現(xiàn)場(chǎng)查勘,其地形地質(zhì)條件復(fù)雜,不確定因素多。為確保該水電站蓄水期永久改線道路暢通和水工建筑物運(yùn)行安全,需制定切合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的滑坡體治理方案。通過對(duì)該滑坡地形地質(zhì)條件和變形特征綜合分析,根據(jù)不同工況采用不同計(jì)算方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析,以確定該滑坡體控制工況,從而制定相應(yīng)的滑坡體治理預(yù)案。該滑坡體治理后,通過變形觀測(cè)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,目前滑坡體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

      【關(guān)鍵詞】滑坡體;變形特征;穩(wěn)定分析;工況

      1、滑坡體概況

      某電站采用引水式開發(fā),開發(fā)任務(wù)為發(fā)電,兼顧灌區(qū)供水的作用。電站裝設(shè)3臺(tái)140MW(最大容量150MW)的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量420MW。該水電站由首部樞紐、引水建筑、廠房樞紐三大部分組成。擋水工程攔河大壩為礫石土心墻壩,壩高147m,庫容5.35億m3,列同類型大壩世界第三;引水隧洞全長(zhǎng)16.15km,直徑9m;調(diào)壓井井深175m,直徑22m,列亞洲第一。

      該滑坡體位于河道右岸,距壩軸線下游約850m,分布高程2050.00m~2780.00m,縱向長(zhǎng)約1200m,呈長(zhǎng)葫蘆形分布。該滑坡為覆蓋層滑坡,鉆孔揭示滑體厚度一般為25m~30m,最厚為35.5m,方量約800萬m3。

      2、滑坡體地質(zhì)地形條件

      滑坡滑體按物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的不同自下而上分為兩層,第①層分布于滑體中下部,主要由灰黃色碎石土組成,厚度為20~25m。該層塊石一般6cm~10cm,約占30%~40%;碎石一般2cm~4cm,約占40%~50%;黃色粉質(zhì)粘土約占20%。第②層分布于滑體上部,主要為黃色含塊(碎)石粘質(zhì)粉土,厚度為6m~10m。該層塊石一般5 cm~9cm,約占10%~20%;碎石一般1cm~3cm,約占30%~40%;角礫10%~20%;其余為黃色粉質(zhì)粘土。鉆孔中均未揭示到具有明顯滑動(dòng)跡象的底滑面,或連續(xù)分布的軟土層(滑帶物質(zhì)),滑面特征不明顯,初步判定以基覆界面為滑坡底界。

      滑床基巖地層為三疊系上統(tǒng)侏倭組第一亞層(T3zh1),主要巖性為灰色變質(zhì)石英砂巖、深灰色絹云母千枚巖、深灰~灰黑色炭質(zhì)千枚巖,地層總體產(chǎn)狀為N40°~60°W/NE∠60°~75°,巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈,巖體破碎、結(jié)構(gòu)松弛。

      根據(jù)該滑坡地形地質(zhì)條件和變形特征的不同,可將其分為3區(qū):

      Ⅰ區(qū)為前緣變形擠壓區(qū),位于滑體下部及前緣部位,分布高程2050.00m~2260.00m,呈長(zhǎng)三角形展布,地形坡度較陡,平均坡度為35°~40°,局部為45°;該區(qū)臨空條件較差,僅前緣三角部位有寬約20m~40m的沖溝臨空,兩側(cè)為渾厚的基巖山脊,對(duì)滑坡前緣具有一定的阻滑作用,滑體在向下蠕滑過程中,受兩側(cè)山脊的阻擋和制約前緣坡體產(chǎn)生擠壓變形,地形隆起,坡度變陡,并出現(xiàn)大量的縱向裂縫和部分鼓張橫向裂縫。

      Ⅱ區(qū)為變形拉裂區(qū),位于坡體中部,分布高程2260.00m~高程2600.00m,厚度一般為25m~35m,平均寬度為250m~350m,地形坡度變化較大,局部地形較陡,平均坡度為30°~35°;該段坡體變形較大,多處可見橫向拉裂縫,張開度一般為10cm~20cm,最大張開為50cm, 側(cè)向裂縫延伸最長(zhǎng)可達(dá)250m,最大錯(cuò)距為10m,坡體上居民房屋多開裂倒塌,現(xiàn)已廢棄。據(jù)民訪調(diào)查,該段坡體每年雨季均有不同程度開裂和變形現(xiàn)象,坡上居民已于1992年遷移。

      Ⅲ區(qū)為變形影響區(qū),位于坡體上部,分布高程2600.00m~2785.00m,平均寬度為400m~500m,地形坡度約為25°~28°,多為坡耕地,據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及民訪調(diào)查,該坡段變形拉裂不明顯,延伸較長(zhǎng)、開度明顯的拉裂縫分布稀少,僅后緣有兩條明顯的拉裂縫分布,但沒有形成貫通的后緣拉裂面或滑坡后壁。

      3、穩(wěn)定分析計(jì)算

      3.1計(jì)算程序及計(jì)算方法

      計(jì)算程序采用 “土石壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算程序STAB2008”,該程序計(jì)算方法滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定,壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算,對(duì)于地震工況,采用擬靜力法。

      3.2計(jì)算程序及計(jì)算方法

      計(jì)算參數(shù)采用地質(zhì)提供的巖體物理力學(xué)參數(shù),見表1:

      3.3計(jì)算剖面

      滑坡體縱向地質(zhì)剖面共有5個(gè),分別為縱1~縱5剖面,每個(gè)剖面間距80m。由于兩側(cè)的縱1和縱5剖面較短,厚度較薄,不具有代表性,計(jì)算僅分析了縱2、縱3和縱4三個(gè)剖面的穩(wěn)定性。

      表一:滑坡體穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)表

      分 類 名 稱 天然工況 暴雨工況 天然容重 飽和容重

      凝聚力 摩擦角 凝聚力 摩擦角

      c(kPa) φ(?) c(kPa) φ(?) ρd(g/cm3) ρsat(g/cm3)

      ② 含塊(碎)石粘質(zhì)粉土 36 8 29.55 16.55 1.66 2.00

      ① 塊碎石土 59 27 51.5 23.65 1.83 2.15

      基覆界面(滑動(dòng)面) 59 26 51.5 22.75 1.83 2.15

      3.4計(jì)算工況

      根據(jù)規(guī)范要求,邊坡計(jì)算按持久狀況、短暫狀況、偶然狀況分別計(jì)算正常(天然)工況、暴雨工況和地震工況。由于壩區(qū)地處干旱河谷,降雨稀少,結(jié)合滑坡體近兩年的監(jiān)測(cè)資料情況,暴雨工況下滑坡體全飽和的可能性較小,因而對(duì)于暴雨工況下滑坡體的飽和情況進(jìn)行了敏感性分析。

      3.5計(jì)算成果及分析

      (1)在天然工況下,縱2、縱3、縱4剖面沿基覆界線整體穩(wěn)定,縱2剖面由于在邊坡上部高程局部邊坡較陡,邊坡上部局部圓弧滑動(dòng)最小安全系數(shù)為0.97,但是縱3、縱4在邊坡上部最小安全系數(shù)為1.07,綜合分析,縱2剖面上部局部塊體不穩(wěn),不影響邊坡的整體穩(wěn)定性,因此在天然工況下滑坡體是整體穩(wěn)定的。

      (2)在地震工況下,縱2、縱4剖面沿基覆界線整體穩(wěn)定,縱3剖面最小安全系數(shù)為0.99,小于允許最小安全系數(shù),但是由于縱2、縱4沿基覆界線是穩(wěn)定的,且穩(wěn)定系數(shù)較高,由此可推得滑坡體在地震工況下是整體穩(wěn)定的。局部圓弧最小安全系數(shù)顯示,縱2、縱3、縱4在邊坡中、下部是穩(wěn)定的,但是邊坡上部由于局部邊坡較陡,局部出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體。

      (3)在暴雨全飽和工況下,縱2、縱3、縱4剖面沿基覆界線最小安全系數(shù)都小于允許最小安全系數(shù),均不穩(wěn)定??v2、縱3、縱4剖面局部圓弧滑動(dòng)在邊坡上部、中部、下部均小于允許最小安全系數(shù)。由此可見,在強(qiáng)降雨全飽和工況下整個(gè)滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

      (4)在暴雨土體飽和深度分別為1m、5m、10m工況下,縱2、縱3、縱4剖面沿基覆界線最小安全系數(shù)都大于允許最小安全系數(shù),邊坡整體是穩(wěn)定的。由于邊坡上部較陡,因此局部圓弧滑動(dòng)在邊坡上部均小于允許最小安全系數(shù)。

      根據(jù)滑坡體邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果,邊坡穩(wěn)定控制工況為暴雨工況,在暴雨工況土體全飽和的情況下,邊坡將整體失穩(wěn);在暴雨工況土體飽和深度10m(覆蓋層深度的1/3~1/2)的情況下,邊坡整體穩(wěn)定,局部坡度較陡部位安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求,可能出現(xiàn)掉塊、坍塌、滑動(dòng)等,不影響邊坡整體穩(wěn)定性。

      4、滑坡體處理方案

      (1)在雨季來臨前完成坡面截排水設(shè)施,主要包括:在滑坡體邊界范圍以外1m~2m位置沿周邊布置一條截水溝,截面凈尺寸為50cm×50cm;在坡面上每100m順坡方向布置一條泄水槽,泄水槽截面凈尺寸為50cm×50cm;在坡面上布置排水孔,間排距3m,孔深4m,孔內(nèi)埋設(shè)排水盲管。

      (2)為防止局部表面拉裂縫部位雨水下滲,在雨季來臨前完成滑坡體表面拉裂縫的回填封閉(可采用表層粉質(zhì)粘土進(jìn)行回填)。

      (3)滑坡體總體呈上寬下窄的“V”字形分布,出口兩側(cè)鎖口部位的基巖對(duì)滑坡體下滑起到阻滑作用,該部位基巖的穩(wěn)定對(duì)滑坡體的穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用,因而擬對(duì)該部位高程2015m~2105m,順河長(zhǎng)度250m范圍進(jìn)行以下處理:滑坡體出口兩側(cè)基巖采用100t錨索及框格梁進(jìn)行加固,錨索間排距6m,錨索長(zhǎng)30m。

      (4)對(duì)公路橋內(nèi)側(cè)順河向長(zhǎng)約100m范圍邊坡布置修建衡重式混凝土或漿砌石擋土墻,墻頂寬度1.5m,墻底寬度3.5m,墻高11m。擋土墻內(nèi)部預(yù)埋2排、間排距3m的直徑PVC排水管φ50,以排泄上部降雨積水。擋土墻可對(duì)上部局部垮塌的土體適當(dāng)?shù)謸?,防止土體直接下滑至河谷,影響公路和水工建筑物的安全。

      5、結(jié)論

      通過工程治理后,對(duì)滑坡體設(shè)立了5條監(jiān)測(cè)斷面(橫向2條,縱向3條),共14個(gè)外部變形觀測(cè)墩,13個(gè)測(cè)斜孔(4#墩部位無測(cè)斜孔)。根據(jù)滑坡體內(nèi)外觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,目前滑坡體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

      參考文獻(xiàn):

      [1]陳祖煜.《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析(原理·方法·程序)》[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003年1月.SL274-2001,碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

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