閔 勇 章, 凡 亞 , 劉 永 波

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)

0 引 言

開關(guān)站作為水力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)接受和分配水力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能，經(jīng)主變壓器升高至規(guī)定電壓后，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離外送輸電，尤其是大渡河干流上作為全國能源基地、落實(shí)"西電東送"戰(zhàn)略的重要項(xiàng)目之一的某大型水電站，其開關(guān)站的選址和工程邊坡的穩(wěn)定性研究與評(píng)價(jià)便顯得尤為關(guān)鍵。本文在參閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[1-3]，通過地表地質(zhì)調(diào)查及自然邊坡現(xiàn)狀對(duì)開關(guān)站邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行宏觀判斷，并采用極限平衡法對(duì)多種工況下的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量計(jì)算，輔以赤平投影進(jìn)行分析，提出邊坡開挖處理建議，為工程施工安全及永久安全提供設(shè)計(jì)依據(jù)[4-5]

1 邊坡工程的地質(zhì)條件

1.1 邊坡狀況

開關(guān)站位于左壩肩心墻下游側(cè)f21斷層與f24斷層之間的略凸起斜坡段(圖1)，天然坡度總體45°～50°，地形略有起伏，具有一定的臺(tái)階狀地貌特征，處于上部陡坡與下部緩坡之間，上部陡坡平均坡度約60°，下部緩坡坡度約40°。工程邊坡為直立開挖，開挖坡高約10 m～30 m。

1.2 邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征

1.3 邊坡巖體變形破壞特征

邊坡巖體變形破壞主要受f21、f24斷層及同組結(jié)構(gòu)面控制，多表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)滑移拉裂破壞，其中發(fā)育較密集的J4組構(gòu)成旋轉(zhuǎn)滑移拉裂的側(cè)向切割面；淺表部巖體主要受J1、J6組緩傾角裂隙控制，多產(chǎn)生滑移拉裂，或受結(jié)構(gòu)面切割形成滑移拉裂變形塊體，在地表形成規(guī)模較小的空腔和危巖體。

圖1 開關(guān)站工程地質(zhì)平面圖

表1 次級(jí)小斷層發(fā)育統(tǒng)計(jì)表

高高程XPD6#平硐(位置見圖1)揭示，坡體內(nèi)存在一定程度變形，深度達(dá)100 m；變形主要集中在32 m～36 m、59 m～73 m、94 m～97 m處，具有明顯的分帶特征；坡體在50 m深處沿垂向陡傾角裂隙產(chǎn)生傾倒拉裂變形，拉裂縫寬3～4 cm。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 宏觀判斷

根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查及坡體變形破壞跡象判斷，自然邊坡整體處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)；但工程邊坡巖體受f21、f24斷層及同組長大結(jié)構(gòu)面控制，多表現(xiàn)為滑移拉裂破壞，當(dāng)開挖揭露到該組斷層及長大裂隙導(dǎo)致底滑面臨空時(shí)，邊坡失穩(wěn)破壞風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.2 極限平衡法計(jì)算

選取開關(guān)站橫向剖面(圖2)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

2.2.1 計(jì)算方法及參數(shù)選取

采用極限平衡法對(duì)開關(guān)站邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)，計(jì)算采用一般條分法、畢肖普法和簡布三種方法；計(jì)算工況分天然、地震、暴雨及暴雨+地震四種；各級(jí)巖體和結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)指標(biāo)建議參數(shù)(表2、表3)。

表2 巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值表

表3 結(jié)構(gòu)面力學(xué)指標(biāo)建議值表

2.2.2 計(jì)算方案

據(jù)前文分析知，開關(guān)站橫向剖面(后緣邊坡)主要受控于J3組中陡傾角順坡裂隙或與其同組的f24斷層，穩(wěn)定性計(jì)算主要以該組結(jié)構(gòu)面建模；此外考慮開關(guān)站上下部位J7組陡傾角結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況，選取J7、J3組合進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算(表4)。

圖2 開關(guān)站橫向剖面圖

表4 潛在控制面及組合模式一覽表

表5 邊坡穩(wěn)定性極限平衡分析成果表

計(jì)算成果(表5)表明，開關(guān)站橫向剖面開挖邊坡整體(f24+坡腳剪斷強(qiáng)卸荷巖體)在天然或暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在地震或地震+暴雨的不利工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；J7+J3組合模式在地震、暴雨、暴雨+地震等工況下穩(wěn)定性系數(shù)均小于1，表明后側(cè)邊坡局部穩(wěn)定性較差，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3 工程邊坡塊體穩(wěn)定性赤平投影分析

通過赤平投影對(duì)開關(guān)站后緣及上、下游側(cè)開挖邊坡的塊體穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

3.1 后緣邊坡

據(jù)橫向(后緣邊坡)赤平投影圖(圖3)分析得出：J3組與橫向(后緣)邊坡小角度相交，中傾坡外，邊坡巖體易沿該組順坡裂隙產(chǎn)生滑移拉裂破壞；其中J4組為側(cè)向控制面，J7、J2組為后緣拉裂面，傾向坡內(nèi)的J1、J6組緩傾角結(jié)構(gòu)面則構(gòu)成塊體失穩(wěn)的頂部割裂面。

3.2 上游側(cè)邊坡

據(jù)上游側(cè)邊坡赤平投影圖(圖4)分析得出：J4組與上游側(cè)邊坡小角度相交，傾角陡立，易產(chǎn)生傾倒變形，在J4組裂密帶部位發(fā)生傾倒可能性較大；局部發(fā)育的J2、J7組可與J3組組合形成楔形滑移拉裂破壞塊體。

圖3 橫向邊坡赤平投影圖

3.3 下游側(cè)邊坡

據(jù)下游側(cè)邊坡赤平投影圖(圖5)分析得出：J4組與下游側(cè)開挖面小角度相交，陡傾坡外，而開關(guān)站邊坡屬直立開挖，易沿J4組產(chǎn)生順坡滑移破壞，J3組構(gòu)成側(cè)向滑移面。

4 結(jié) 語

開關(guān)站工程邊坡的整體穩(wěn)定性主要受f21、f24斷層及同組長大結(jié)構(gòu)面的控制，破壞方式為滑移拉裂破壞；后緣邊坡在天然狀況下整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在地震作用下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部塊體失穩(wěn)的可能性較大；當(dāng)開挖切露到該組斷層及長大裂隙導(dǎo)致底滑面臨空時(shí)，邊坡巖體極易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。

開關(guān)站后緣邊坡局部穩(wěn)定性較差，易沿J3組中陡傾裂隙發(fā)生滑移拉裂變形破壞；上游側(cè)邊坡受J4組結(jié)構(gòu)面控制，易發(fā)生傾倒拉裂破壞，且在J2、J7組裂隙發(fā)育部位，可與J3組合形成楔形滑移拉裂型不穩(wěn)定塊體；下游側(cè)邊坡主要受控于J4組陡傾順坡結(jié)構(gòu)面，穩(wěn)定性差，易發(fā)生滑移破壞。

5 處理建議

(1)可通過灌漿改善f24斷層性狀，或采取預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)以改變坡體受力條件等措施，強(qiáng)化后緣邊坡的整體穩(wěn)定。(2)在系統(tǒng)錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上，對(duì)潛在失穩(wěn)塊體尤其是J3、J4組裂隙密集發(fā)育部位采取針對(duì)性加強(qiáng)支護(hù)措施，強(qiáng)化局部塊體穩(wěn)定。(3)開挖中應(yīng)輔以必要監(jiān)測手段，動(dòng)態(tài)掌握坡體穩(wěn)定狀態(tài)，為工程施工及安全管理提供科學(xué)依據(jù)。

圖4 上游側(cè)邊坡赤平投影圖

圖5 下游側(cè)邊坡赤平投影圖