桐子林水電站下游右岸沖刷防護(hù)區(qū)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

湯 雷，孔 科，王小波

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610072)

桐子林水電站下游右岸沖刷防護(hù)區(qū)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

湯 雷，孔 科，王小波

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610072)

根據(jù)桐子林水電站導(dǎo)流明渠下游右岸沖刷防護(hù)區(qū)的真實(shí)地址條件，基于剛體極限平衡方法對(duì)沖刷防護(hù)區(qū)邊坡在各工況的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)果表明該邊坡在支護(hù)前只能保持“低水”工況的穩(wěn)定要求，在采取錨索加固且設(shè)置深排水孔后才能保證各種工況的穩(wěn)定性，可供類(lèi)似工程借鑒。

沖刷防護(hù)區(qū)；剛體極限平衡；邊坡穩(wěn)定；錨索；深排水孔

0 引 言

桐子林水電站是雅礱江下游最末一個(gè)梯級(jí)電站，電站裝機(jī)容量為60萬(wàn)kW，以發(fā)電為主要任務(wù)，水庫(kù)具有日調(diào)節(jié)性能。導(dǎo)流明渠布置于右岸，渠內(nèi)布置有3孔口尺寸為16.0m×21.0m(寬×高)泄洪閘，導(dǎo)流明渠及泄洪閘泄流將對(duì)下游右岸邊坡形成沖刷。

沖刷防護(hù)區(qū)位于壩軸線(xiàn)下游約596m，巖性為F1斷層下盤(pán)晚三疊系白果灣群砂頁(yè)巖，為河湖相沉積。砂巖以青灰色中細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，泥質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，頁(yè)巖以砂質(zhì)頁(yè)巖為主夾碳質(zhì)頁(yè)巖，局部呈淺變質(zhì)板巖、片巖等。沖刷防護(hù)區(qū)巖體風(fēng)化主要受構(gòu)造、巖性控制，其次與地形地貌及水文地質(zhì)條件相關(guān)，推測(cè)右岸邊坡全強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷水平深度約15-25m。

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5353-2006)[1]，下游右岸沖刷防護(hù)區(qū)邊坡屬于II級(jí)A類(lèi)邊坡，持久工況安全系數(shù)要求值1.25-1.15，短暫工況安全系數(shù)要求值1.15-1.05。文章基于剛體極限平衡方法[2-3]對(duì)沖刷防護(hù)區(qū)邊坡在各工況的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)并指導(dǎo)邊坡的設(shè)計(jì)。

1 計(jì)算條件

1.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

沖刷防護(hù)區(qū)邊坡在高程1018.00m處為桐雅公路，且在高程1038.00m與1058.00m處各布置了一級(jí)馬道。高程1018.00m以下設(shè)置了間距4.0m的4排錨索，50.00m與60.00m交錯(cuò)布置，張拉噸位200t；1018.00-1038.00m之間設(shè)置了間排距5.0m的4排錨索，50.00m與60.00m交錯(cuò)布置，張拉噸位200t；高程1038.00-1058.00m之間設(shè)置了間排距5.0m的3排錨索，50.00m與60.00m交錯(cuò)布置，張拉噸位100T；高程1058.00m以上設(shè)置了間排距5.0m的3排錨索，50.00m與60.00m交錯(cuò)布置，張拉噸位100t。邊坡支護(hù)錨索立面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 邊坡支護(hù)錨索立面布置圖

選取了邊坡最高的斷面1#與2#斷面進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，具體斷面圖見(jiàn)圖2-3。

圖2 1#斷面支護(hù)布置圖

圖3 2#斷面支護(hù)布置圖

1.2 計(jì)算工況及荷載

文章主要分析了沖刷防護(hù)區(qū)邊坡在以下各工況的整體穩(wěn)定性：支護(hù)前-無(wú)水，支護(hù)前-低水，支護(hù)前-高水，支護(hù)后-低水?！暗退北硎驹谶吰律显O(shè)置了深排水孔降低坡內(nèi)水位；“高水”表示在降雨后較短暫的時(shí)間內(nèi)，水沿著坡面下流的狀態(tài)。

計(jì)算中的荷載主要包括邊坡圍巖自重和孔隙水壓力。計(jì)算中“低水”狀態(tài)下邊坡中的地下水位線(xiàn)位于坡面以下8.00m左右，“高水”狀態(tài)下的水位線(xiàn)沿著邊坡坡面線(xiàn)；“低水”狀態(tài)通過(guò)在邊坡中設(shè)置深排水孔來(lái)實(shí)現(xiàn)；“暴雨”工況下由于設(shè)置了排水孔，地下水位設(shè)定于坡下3.00m左右；“地震”工況反應(yīng)地下水位線(xiàn)位于坡面以下8.00m左右，地震烈度為VII，相應(yīng)的地震加速度為0.15g。

1.3 計(jì)算理論

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5353-2006)，對(duì)于風(fēng)化、卸荷的自然邊坡，宜采用下限解法做穩(wěn)定分析，推薦采用摩根斯頓-普賴(lài)斯法(Morgenstern-Price)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，本計(jì)算主要采用該方法對(duì)桐子林導(dǎo)流明渠下游右岸邊坡防護(hù)工程的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 材料參數(shù)

據(jù)地質(zhì)勘探揭示，該沖刷防護(hù)區(qū)邊坡主要為V類(lèi)砂頁(yè)巖，坡腳以下存在少量的V類(lèi)圍巖。沖刷防護(hù)區(qū)物理力學(xué)指標(biāo)建議值見(jiàn)表1。

表1 沖刷防護(hù)區(qū)巖體物理力學(xué)參數(shù)表

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 1#斷面

1#斷面在各計(jì)算工況下的典型滑裂面圖見(jiàn)表1，1#斷面在各計(jì)算工況下的安全系數(shù)見(jiàn)圖4。

Ⅰ支護(hù)前-無(wú)水

Ⅱ支護(hù)前-低水

Ⅲ支護(hù)前-高水

Ⅳ支護(hù)后-低水

Ⅴ支護(hù)后-高水

Ⅵ支護(hù)后-暴雨

Ⅶ支護(hù)后-地震

表2 1#斷面各工況的安全系數(shù)結(jié)果

3.2 2#斷面

1#斷面在各計(jì)算工況下的典型滑裂面圖見(jiàn)圖5，1#斷面在各計(jì)算工況下的安全系數(shù)見(jiàn)表3。

Ⅰ支護(hù)前-無(wú)水

Ⅱ支護(hù)前-低水

Ⅲ支護(hù)前-高水

Ⅳ支護(hù)后-低水

Ⅴ支護(hù)后-高水

Ⅵ支護(hù)后-暴雨

Ⅶ支護(hù)后-地震

表3 2#斷面各工況的安全系數(shù)結(jié)果

4 結(jié)論與建議

通過(guò)采用剛體極限平衡方法分析下游右岸沖刷防護(hù)區(qū)的基巖邊坡整體穩(wěn)定性，可得出如下結(jié)論。

1)1#斷面與2#斷面在支護(hù)前的“低水”狀態(tài)均能滿(mǎn)足規(guī)范的短暫工況要求，但不能滿(mǎn)足邊坡的持久工況要求。

2)1#斷面與2#斷面在支護(hù)前的“高水”狀態(tài)均不能滿(mǎn)足規(guī)范的穩(wěn)定要求，在遇到下雨時(shí)，邊坡極有可能失穩(wěn)。

3)1#與2#斷面在采用錨索加固以后，在邊坡上設(shè)置排水孔的情況下，均能保持邊坡在長(zhǎng)久工況下的穩(wěn)定。

4)1#與2#斷面在采用錨索加固以后，在邊坡上設(shè)置排水孔的情況下，在暴雨工況和地震工況下均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.DL/T5353-2006水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版社,2007.

[2]張熙海,楊余旺,王曉青.土坡穩(wěn)定性計(jì)算極限平衡方法綜述[J].華南地震,2006,26(02):28-35.

[3]陳昌富,朱劍鋒,龔曉南.基于響應(yīng)面法和Morgenstern-Price 法土坡可靠度計(jì)算方法[J].工程力學(xué),2008(10):166-172.

1007-7596(2017)10-0030-03

TV221.2

B

2017-09-20

湯雷(1986-)，男，湖南郴州人，工程師，從事施工組織設(shè)計(jì)工作；孔科(1984-)，男，四川廣安人，高級(jí)工程師，博士，從事施工組織設(shè)計(jì)工作；王小波(1983-)，男，江蘇海安人，高級(jí)工程師，從事施工組織設(shè)計(jì)工作。