江坪河水电站溢洪洞洞室及出口边坡稳定性分析

党 莉，程 壮，董艳华

（1.三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002）

1 工程地质条件

江坪河水电站位于湖北省鹤峰县境内，坝址位于澧水一级支流溇水上游，是溇水河梯级开发的“龙头”水电站。右岸地下洞群依次布置导流洞、泄洪放空洞、1号溢洪洞、2号溢洪洞，隧洞轴线平行，洞室密集，所处区域断层交错。本文选取1号溢洪洞作为研究对象，对其洞室及出口边坡的稳定性进行深入研究，工程地质概况如图1所示。1号溢洪洞控制段底板位于层上， 通过的地层为层薄层钙质粉砂岩、板岩层中薄层泥质白云岩、泥质、白云质灰岩。

图1 1号溢洪洞工程地质概况

2 控制性断层判别

依据断层位置及开挖面顶部出露情况，洞室块体局部稳定性分析中将1号溢洪洞中的溢0+460～溢0+490洞段和溢0+500～溢0+550洞段作为关键洞段进行计算研究。两洞段围岩类别为Ⅲ类和Ⅳ类，主要分布有 F203、 F213、 F233、 F53、 F243、 F81、 F183、 F193断层，其中，F223断层由于未在开挖面出露，且距溢洪洞较远，暂不考虑；F405断层出露在洞室顶部约10 m处，为近水平断层，对洞室稳定性影响较小，但对边坡稳定性影响较大；对出口边坡稳定性有重大影响的断层有 F183、 F243、 F193、 F405。

3 块体极限平衡分析

块体程序 （Unwedge、Swedge）是基于石根华块体理论开发的[1]，它假定结构面相切形成的块体为四边形，即由三组结构面和开挖临空面组成，仅考虑块体的重力及结构面的力学性质；结构面贯穿研究区域，且在保持产状不变的情况下可任意移动；开挖断面沿轴线方向恒定不变；每次参与组合的结构面最多为三组[1-3]。关键块体理论在地下洞室、边坡岩体稳定性分析中都得到了应用[4-9]。

3.1 溢洪洞洞室块体稳定性分析

运用Unwedge程序对1号溢洪洞洞室进行块体稳定性分析。根据溢洪洞洞段断层出露情况，对控制性断层进行三三组合。断层产状及参数取值见表1。组合情况Ⅲ局部稳定计算成果见图2。

表1 可能块体组合

图2 1号溢洪洞组合Ⅲ局部稳定计算成果

对溢0+460～溢0+490洞段和溢0+500～溢0+550洞段计算结果中，各组合的最小安全系数和对应的块体体积及位置进行了统计，如表2所示。

由表 1、2可知，溢 0+460～溢 0+490洞段，F203、 F213和 F53， F213、 F233和 F53两种组合形成的部分块体安全系数较小，且体积相对较大，为不稳定的组合； 溢0+500～溢0+550洞段， F81、F183和F193组合形成的块体安全系数较小、体积较大。

3.2 溢洪洞出口边坡块体稳定性分析

采用赤平投影法进行分析可知，F183和F193断层交点落于坡面和开挖面之间，可能形成不稳定块体。F183和F193断层分别与F243、 F405组合也可能形成不稳定块体。可能失稳块体组合情况及相应断层产状参数见表3。

表2 各组合洞室块体最小安全系数及位置

表3 可能失稳块体组合及相应断层产状

根据表3可能块体组合及失稳模式判断结果，应用楔体稳定分析程序Swedge对可能形成的不稳定块体进行分析，组合形成的楔形体滑落示意见图3，稳定分析成果见表4。

图3 1号溢洪洞出口KD2楔形体滑落示意

表4 1号溢洪洞出口块体稳定性分析成果

由表4可知，1号溢洪洞出口块体抗滑稳定安全系数均大于规范要求值1.15，由此可以判断1号溢洪洞出口边坡较稳定。

4 结论与加固建议

对江坪河水电站1号溢洪洞及其出口边坡的局部稳定性进行了分析，在研究范围内，将断层进行分类，找出了对局部稳定性影响较大的断层，利用Unwedge和Swedge软件对不利断层组合进行了局部稳定性分析及出口边坡稳定性分析。结果表明，1号溢洪洞溢0+460～溢0+490洞段、溢0+500～溢0+550存在不稳定的块体组合，安全系数小于规范规定值，对于不稳定和极不稳定地段的围岩，应及时支护。

由于岩体中结构面方向的变化在一定程度上阻碍了块体的滑动，实际工程中块体的滑动路径不会太长，因此实际工程中洞室边墙抗滑稳定安全系数要比计算值大些，根据计算结果，结合现场勘测情况，为防止碎裂岩体结构面相互切割形成块体，在稳定性安全系数较小部位，建议加大衬砌厚度，采用间距为0.5～1.0 m的钢拱架支护，并加设预应力锚索和系统锚杆加固，以使洞室边墙抗滑安全系数能满足规范要求。为了保证施工安全，建议进行超前支护。

［1］ Shi Genhua,Goodman R E.Block Theory and Its Application to Rock Engineering［M］.New York： Prentice Hall， 1985.

［2］ Shi Genhua.Single and multiple block limit equilibrium of key block method and discontinuous deformation analysis［C］//In:Hatzon Y H ed.Proc.of the Fifth International Conference on Analysis of Dis-continuous Deformation.Rotterdam：A.A.Balkema,2002,3-43.

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［4］ 刘锦华，吕祖珩.块体理论在工程岩体稳定性分析中的应用［M］.北京：水利电力出版社，1988.

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