水电站库区铁路边坡稳定性数值分析

章 健,商志红,李小豹

(1.浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002;2.长安大学地质工程系,陕西 西安 710054)

1 工程概况

尼日河位于四川省凉山彝族自治州境内,干流长144 km,天然落差2743 m,流域面积4062 km2.漫滩河是尼日河上游一段,即普雄河与越西河汇合口以下18 km河段.漫滩河流域(包含普雄河与越西河)位于凉山州北部,地处山区.

漫滩水电站位于四川省凉山彝族自治州越西县境内,为尼日河流域干流上的梯级电站.电站开发方式为引水式.漫滩水电站坝址位于漫滩河上,成昆铁路9号大桥下游640 m处,地处越西县顺河乡,距普雄河与越西河汇合下游约4.5 km.坝址流域面积1737 km2,厂房在其下游约11 km.发电引水隧洞位于右岸,总长约11257 m.厂址位于花果山铁路桥与公路大桥之间的右岸一级阶地上,距坝址11 km,距越西县城35 km,有公路连接,并有成昆铁路经过,对外交通十分方便.

漫滩水电站工程坝址流域面积1737 km2,年径流量15.99亿m3.发电利用天然河道落差达170 m.电站总装机容量7.5万kW.

2 地质条件

漫滩水电站库区右岸坡体为基岩斜坡,右岸基岩裸露,由层状白云质灰岩构成,岩石属中硬岩,受构造影响裂隙发育,主要为倾向西、北西和南西的三组裂隙,裂隙面倾角一般为 40°～70°.岩层产状15°～ 25°,SE∠50°～ 60°,倾向与斜坡相反,斜坡坡度一般＜60°,不存在崩塌、危岩等不良地质现象,库岸稳定性好.

左岸斜坡为成昆铁路边坡,边坡平均坡度37°,天然状态下库岸稳定性良好.水电站库区蓄水后的水位线高程为1446 m,若不采取相应措施,将影响铁路边坡的稳定性.

3 数值分析

为提高铁路边坡稳定性,在采用的方案中将在左岸设置土石坝,土石坝沿铁路边坡延长至铁路进隧洞处,以起到压脚和防止库区渗漏的发生的双重作用.土石坝形式为钢筋砼心墙沙壳坝,最大坝高24.03 m,坝顶高程为1447.53 m.

为了评价成昆铁路边坡在修建土坝及水库蓄水后的稳定性变化程度,分别对铁路原始边坡、不采取稳定加固措施的边坡和修建土坝后的边坡进行稳定性计算,其计算参数见表1.

本次计算采用软件为FLAC/SLOPE,它是FLAC软件的一个子集,是FLAC中专门分析边坡稳定性的软件.它是基于拉格朗日差分法的一种显式有限差分程序[1].本次选取铁路边坡一剖面进行数值分析.

3.1 模型建立

根据坝址及铁路边坡工程地质特征及岩土体分层情况,选取下付基岩、砂砾卵石、构成边坡主要物质的碎石夹粘土作为分区边界.因对边坡的分析中,土石坝及下付砂砾卵石不对边坡稳定性产生影响,为便于建模,将土石坝、坝基下部砂砾卵石和基岩作为一个基岩区考虑[2].FLAC/Slope提供模型的基本框架并将模型的左右边界和底边界设置为约束边界[3].剖面坡脚沿地形线向前延伸20 m,坡顶向后垂直铁路线水平延伸20 m[4].

3.2 参数确定

对相关参数的确定情况见表1.

表1 土坝计算参数

3.3 结果分析

剪应力云图和稳定性系数计算结果见图1～图3.

(1)从图1、图2剪应力云图和稳定性系数计算结果表可以看出,铁路边坡在自然状态下处于稳定状态,但若状态改变,如洪水导致水位线上升或未采取加固措施情况下库区正常蓄水,边坡的稳定性将下降,并最终导致边坡失稳.

图1 天然边坡剪应力云图

图2 未采取加固措施工况下边坡剪应力云图

图3 以土石坝加固边坡工况下边坡剪应力云图

(2)从图3剪应力云图和稳定性系数计算结果表2可以看出,在采取土石坝加防渗墙措施后,铁路边坡的地下水位线只在坡脚处有小幅提升,总体没有大幅提升,且土石坝又起到对铁路边坡压脚作用,增加了边坡的稳定性,同时对于水电站大坝也防止了绕坝渗流现象的产生.

表2 铁路边坡稳定性数值分析结果

4 结 论

在对铁路边坡进行稳定性数值分析结果可知,在铁路边坡坡脚处修建土石坝不仅没有降低铁路边坡的稳定性,反且使铁路边坡的稳定性获得较大提高,同时也防止绕坝渗漏现象的产生,增加了水库库区安全性.但此次数值分析过程中,没有考虑到边坡顶上铁路列车通过时产生的动荷载及地震影响下铁路边坡的稳定性,应进一步分析动荷载对铁路边坡稳定性及对库区安全性的影响.

[1]刘 波,韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]谢建华,夏 斌,徐振华,等.数值模拟软件FLAC及其在地学应用简介[J].地质与勘探,2005,41(2):77-80.

[3]王海斌,李永盛.边坡稳定性有限元分析的处理技巧[J].岩石力学与工程学报,2005,24(13):2386-2391.

[4]高德彬,倪万魁,郭社锋.延安市凤凰山东北麓滑坡危险斜坡德变形特征及稳定性分析[J].地球科学与环境学报,2004,26(4):25-29.