大岗山水电站工程边坡稳定性分析

2011-09-03柯善军

中国水能及电气化 2011年9期

关键词：卸荷块体倾角

黄春柯善军

（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072）

大岗山水电站右岸工程边坡于2009年5月3日、8月16日、9月1日在8处喷混凝土表层出现裂缝等明显变形现象，其稳定性直接影响枢纽建筑物及施工安全。本文对该工程边坡稳定性进行分析，为设计施工提供依据。

1 工程概况

大岗山水电站工程的主要任务为发电，电站枢纽主要由混凝土双曲拱坝、右岸泄洪洞和左岸引水发电建筑物等组成，坝顶高程1135.0m，最大坝高210.0m；右岸边坡1255.0m，为缆机平台，宽14m；后缘高程1347.0m，开挖坡高达420m。

右岸边坡基岩岩性为灰白色、微红色中粒黑云二长花岗岩（γ24-1），局部出露辉绿岩脉、花岗细晶岩脉有 β4、β97（f93）、β146、β168（f154）、β202（f191）、β203（f194）和 γL5，走向多近 SN，倾向坡里（NW或SW），倾角陡。断层带多沿辉绿岩脉发育，主要有三组，即近SN向、NNW向和NNE向，以陡倾角、倾向坡里为主，宽多在0.1～3m之间，由糜棱岩、角砾岩等组成，属岩块岩屑型、岩屑夹泥型或泥夹岩屑型。节理裂隙主要发育有5组，其中以NNW 向、N10°～30°W/SW∠65°～75°裂隙较为发育。

岩体卸荷作用主要沿已有中倾坡外的第⑤组裂隙(N0°～35°E/SE∠35°～50°)进行。根据卸荷发育程度，可划分出强、弱卸荷带。

2 边坡工程地质条件

2.1 卸荷裂隙密集带的发育特征及连通率

右岸卸荷裂隙密集带主要追踪第⑤组中倾坡外的裂隙，在距坡面约100m范围的岩体中发育有多条张裂缝，主要可归纳概化为XL316-1和XL09-15 2条中等倾角卸荷裂隙密集带（如图1、图2所示）。

图1 XL316-1、XL09-15中等倾角卸荷裂隙密集带剖面示意图

图2 XL316-1、XL09-15中等倾角卸荷裂隙密集带1300m高程平面延伸示意图

XL316-1具有以下特征：在空间上裂隙张开段与闭合段呈串珠状分布；在倾向上裂隙倾角上陡下缓，即在1250m高程以下倾角变缓；在1250m高程以上以张裂为主，且贯通性较好；据PD323、PD323-2 平洞揭示，LPⅠ ～LPⅢ 之间1220m高程一带XL316-1沿f208断层发育，f208断层为岩屑夹泥型-泥夹岩屑型；据f231断层在PD308、PD314、6#公路隧洞及边坡出露情况推测，LPⅣ至LPⅨ之间XL316-1与f231断层相接，f231断层属岩块岩屑型-岩屑夹泥型。

XL09-15具有以下特征：在空间上裂隙张开段与闭合段呈串珠状分布；在倾向上裂隙倾角上陡下缓，即在1200m高程以下倾角变缓；发育于γL5细晶花岗岩脉下盘，在1200m高程以上以张裂为主，且贯通性较好，在1200m高程以下裂隙仍有张开，但贯通性相对较差。

根据平硐 PD321、PD322、PD321-1、PD322-1揭露，总体上XL316-1、XL09-15二条卸荷裂隙密集带的连通率大致为0.6。

2.2 成因机制分析

右岸卸荷裂隙密集带是在应力调整和重力卸荷等综合因素作用下，追踪第⑤组中倾坡外的裂隙而形成的。XL09-15卸荷裂隙带中扰动的花岗岩粉末 TL 法测龄为（11.66±1.26）×104a。说明在伴随大渡河快速下切过程中，中等倾角卸荷裂隙密集带形成于中更新世末。

3 边坡稳定性分析

3.1 边界条件

边坡走向N25°～35°E，发育与岸坡走向小角度斜交的 β5 （F1）、γL5、γL6、β169、β170、β202（f191）等岩脉，陡倾坡里，与中倾坡外的第⑤组裂隙及近EW向的第④组陡倾裂隙组合，构成可能失稳块体，沿第⑤组裂隙可能产生滑移-拉裂变形。研究表明，以中倾坡外的f231、f208等软弱结构面及XL9-15、XL316-1、第⑤组裂隙等刚性结构面为底滑面，与倾向坡里的 β5（F1）、γL5、γL6等岩脉破碎带为后缘切割面，和 β209、β219、β223等NWW向岩脉破碎带、f202断层、第④组裂隙为上游侧切割面，所构成的潜在不稳定块体控制右岸边坡的稳定。

3.2 稳定性分析及计算

右岸边坡总体坡向NE26°，设计开挖坡比为1：0.3～1：0.7。坡体内发育有 β5（F1）、γL5、γL6、β203、β202（f191）、β4（f174）、f208、f231、XL316-1、XL09-15等结构面。

经分析，影响边坡整体稳定的潜在不利组合主要有2个块体，见表1。

表1 右岸边坡整体稳定控制结构面组合

按照《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL 5180-2003），大岗山水电站装机容量260万kW，工程等别为一等，工程规模为大（1）型，对应的主要水工建筑物级别为1级。根据《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T5353-2006），所对应的边坡级别为A类Ⅰ级边坡，由于边坡位于坝顶以上，失稳将直接危及建筑物安全，相应的最小安全系数应该取上限值，稳定性分析的计算工况、荷载组合及安全标准见表2。

表2 边坡稳定性计算工况、荷载组合及安全标准

采用极限平衡法选择右岸边坡的LPⅠ～LPⅨ剖面，对块体① （β5 （F1）+XL316-1）、块体②（γL5+XL09-15）进行稳定性分析计算。计算采用加拿大公司的GEO-SLOPE商业软件的SLOPE/W模块。计算成果表明：

1）天然状况下，各剖面以 β5（F1）为后缘的块体①稳定性系数多为k＞1.2，其中LPⅣ、LPⅨ剖面 k 值较低，分别为 k=1.046、k=1.183；以 γL5 为后缘的块体②，稳定性系数均为k＞1.3，边坡稳定。

2）暴雨工况下，边坡稳定性系数降低幅度约9%左右，块体①、②稳定性系数k值仍高于1.1，LPⅣ剖面块体①稳定性系数k值较低，仅为0.975，下游侧LPⅨ剖面块体①稳定性系数k值略高于1.05，边坡总体上基本稳定。

3）地震对边坡稳定性影响较大，地震工况下块体①、②降低幅度约在20%以上。块体①稳定性系数k值基本介于0.82～1.15，安全储备较差，一旦遭遇地震，边坡可能发生失稳破坏。

4）开挖对边坡稳定性有一定影响，块体①受影响程度相对块体②更大，f231与XL316-1共同控制的LPⅣ～LPⅨ剖面开挖后稳定性系数k值降低幅度最高达42%。工程边坡稳定性系数 k值 LPⅠ～LPⅢ剖面为 k≈1.28～1.48，LPⅣ～LPⅨ剖面为 k≈0.77～0.97，其中以 LPⅣ最低。

3.3 稳定性评价

大岗山电站右岸岩质边坡中存在中倾坡外和陡倾坡内的长大结构面，构成确定性的潜在不稳定块体。根据稳定性地质宏观判断以及极限平衡计算分析结果，上述潜在不稳定块体①在天然工况下，块体①各剖面的安全系数多为k＞1.2；暴雨工况下，块体①各剖面的安全系数k值多高于1.1，表明右岸边坡在天然状态和暴雨工况下总体上基本稳定。在地震工况下，块体①安全系数k值基本介于0.82～1.15，安全储备较差，一旦遭遇地震，边坡可能发生失稳破坏。开挖对边坡稳定性有一定影响，块体①受影响程度相对块体②更大。