丰满水电站全面治理（重建）工程坝址左岸边坡稳定性分析

2013-01-24谢福志

水利技术监督 2013年2期

关键词：滑面坝址块体

谢福志

（中水东北勘测设计研究有限责任公司地质处，吉林长春 130021）

丰满水电站全面治理（重建）工程坝址左岸边坡稳定性分析

谢福志

（中水东北勘测设计研究有限责任公司地质处，吉林长春 130021）

概述了丰满水电站全面治理（重建）工程坝址左岸边坡稳定状况进行分析的必要性；介绍了坝址左岸边坡的基本工程地质条件；对坝址左岸边坡发育的不利的结构面的组合关系进行了细致分析；按照建筑物所处工程部位，将坝址左岸边坡分为两段进行边界条件确定和地质参数的选取；按天然状态和水库蓄水状态分别进行分析计算和评价，最终给出了评价结论。

坝址左岸边坡；稳定性；抗剪（断）强度

丰满水电站全面治理（重建）工程坝址左岸边坡为一级边坡。特别是大坝重建后，现丰满大坝以下约 120m范围内的左岸边坡将由现在的天然边坡转为水下边坡。随着边坡岩体内地下水位的逐渐抬升，一方面，地下水通过孔隙水压力的变化影响岩体的应力状态，孔隙水压力升高使得边坡岩体的有效应力减小，降低了边坡的稳定性。

另一方面，岩体应力状态的改变又会通过岩体物质间的孔隙率与结构的变化，来影响岩体的水力特性。其环境地质条件的变化，对边坡稳定极为不利，特别是在洪水期，由于岩体排水不畅，岸坡中的地下水将形成较大的渗透压力，使得不稳定结构面组合形成的滑体下滑力急剧增加，其变形破坏具有突发性，从而可能导致边坡岩体部分或整体发生失稳，因此有必要对坝址左岸边坡的稳定状况进行分析。

1 坝址左岸边坡基本工程地质条件

坝址左岸地形较陡，地形坡度一般 25°～35°，山顶高程一般500～700m。

坝址左岸边坡覆盖层主要为碎石混合土和混合土碎石，厚度一般 1～2m。岩体主要为弱风化变质砾岩，深灰色，变余砾状结构，厚层状构造，具有明显的变余层理。

坝址左岸边坡主要发育F13、F14、F23和F30断层，断层产状为走向 N15°～40°W，倾向 NE，倾角75°～85°，各断层与边坡交角一般为 78°～85°。

坝址左岸边坡节理主要为走向N20°～30°W，倾向NE或SW，倾角65°～85°（Ja）和走向N55°～75°E，倾向NW（上游）或SE（下游），倾角65°～85°（Jb）；变余层理产状为走向 N25°～35°W，倾向NE（河床偏下游），倾角25°～45°（Jc）；缓倾角节理产状为走向 N30°～75°W，倾向 NE（河床偏下游），倾角约15°（J1）。

坝址左岸边坡表部变质砾岩多为中等透水岩体，中、下部岩体透水性较弱。

2 结构面组合分析

坝址左岸边坡发育的对边坡稳定不利的结构面主要为 F13、F14、F23、F30断层与节理、岩层层面和缓倾角节理。左岸边坡各组结构面的组合关系详见图1。

图1 坝址左岸边坡赤平投影图

从图中可以看出，左岸边坡走向与岩层走向近于平行，为顺向坡，J1缓倾角节理或岩层层面与F13（或 F14、F23、F30）、Ja和Jb组节理构成不利结构面组合，其中，F13、F14、F23、F30断层和Ja组节理为后缘拉裂面，Jb组节理为侧向切割面，岩层层面Jc和缓倾角节理J1为底滑面。

3 边界条件确定和地质参数选取

按照建筑物所处工程部位，将坝址左岸边坡分为两段，第一段为现丰满大坝与拟建大坝之间，该段边坡长度约120m，典型地质剖面1—1，详见图2。第二段为拟建大坝坝肩开挖范围，该段边坡长度约80m，典型地质剖面 2—2，详见图 3。典型地质剖面（1-1～2-2）地下水水位按地下水位观测孔观测数据取最高值。

图2 1-1剖面边坡示意图

图3 2-2剖面边坡示意图

根据前述结构面组合关系，两段边坡典型滑块的结构面组合如下：

1—1 剖面：F13、J1、Jb；F13、Jc、Jb；F14、J1、Jb；F14、Jc、Jb；

2—2 剖面：F23、J1、Jb；F23、Jc、Jb；F14、J1、Jb；F14、Jc、Jb；

抗剪（断）参数取值参照坝址区岩体物理力学性质试验成果并结合工程实践经验综合确定，详见表1。

表1 结构面抗剪断参数建议值

4 可能产生滑动块体的稳定计算

左岸边坡稳定分析计算采用《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》［1］（DL/T 5337-2006）附录E平面型滑面计算公式如下，计算剖面见图2和图3。

式中：W——滑体的重力，kN；

c——滑面黏聚力，kPa；

φ——滑面内摩擦角；

L——滑面长度，m；

α——坡角；β——结构面倾角；

γW——水的密度，kN/m3；

γ——滑体密度，kN/m3；

u——水的上举力；

v——水的水平力；

Pb——地震力；

KH——地震系数,根据地震烈度确定（丰满为0.1）。

4.1 第一段边坡（图2）

4.1.1 天然状态

浅层滑动：假定滑移体以Jc为底滑面，F13为后缘拉裂面，滑体位于地下水位之上，其计算荷载为块体自重；深层滑动：假定滑移体以J1为底滑面，F13为后缘拉裂面，滑体位于地下水位以下（计水压力）其计算荷载为块体自重和地下水荷载，其中岩体密度γ按 27kN/m3计，水的密度γw为 10kN/m3，计算结果详见表2。

4.1.2 水库蓄水状态

浅层滑动：假定滑移体以Jc为底滑面，F13为后缘拉裂面，其计算荷载为块体自重和地下水荷载（蓄水后）；深层滑动：假定滑移体以J1为底滑面，F13为后缘拉裂面，其计算荷载为块体自重和地下水荷载，其中岩体密度γ按17kN/m3计，水的密度γw为10kN/m3，，计算结果详见表3。