旁多水利枢纽泄洪洞出口高边坡稳定性及加固措施研究

2013-09-19范景春董延超陈俊杰

东北水利水电 2013年12期

范景春，董延超，王强，陈俊杰

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 工程概况

旁多水利枢纽工程位于西藏自治区林周县旁多乡下游1.5 km处的拉萨河干流上，距下游拉萨市直线距离约63 km，工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等，泄洪洞为1级建筑物，地震基本烈度为Ⅷ度。工程任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水，是西藏在建规模最大的水利枢纽工程。

泄洪洞出口边坡位于坝下约300 m处，原始地形高程为 4030～4300 m，自然坡度 20°～30°，土质边坡、岩质边坡开挖坡比分别为 1∶1.3和 1∶0.8，坡底高程 4026.5 m，坡顶高程4285 m，边坡总高达258.5 m，平均开挖宽度370 m，形成轮廓复杂的高边坡。

从现场开挖披露的地质情况来看，边坡体由基岩破碎区和碎（块）石混合土组成，边坡结构复杂，地质条件较差。由于泄洪洞出口边坡属于高边坡，是枢纽泄洪系统的重要组成部分，它的安全和稳定对整个枢纽的安全运行起到至关重要的作用。因此，分析泄洪洞出口高边坡的变形破坏机制，对边坡的稳定性进行分析研究，提出并采取边坡加固措施是非常重要的。

2 工程地质概况

泄洪洞出口边坡覆盖层厚度5～22 m，主要为碎（块）石混合土、混合土碎（块）石等。边坡体高程4030～4230 m分布基岩破碎区，基岩破碎区总体走向约N28°E，长约350 m，宽约360 m，高程4145～4200 m范围一较大面积的基岩破碎区出露。边坡基岩为闪长玢岩，强风化状态，局部中等风化状态，节理发育～极发育，多见锈面，夹泥等，部分节理张开宽度几十厘米，夹泥、岩块等，岩体破碎，完整性差。泄洪洞出口地下水主要为基岩裂隙水，埋深30～110 m，对边坡的影响主要表现为降水入渗过程中对边坡稳定的不利影响。

3 边坡稳定性分析

3.1 计算模型及条件

采用ABAQUS软件对边坡进行数值模拟分析。有限元模型：计算以剖面方向为x轴，正向指向坡里，以铅直方向为y轴，正向铅直向上，计算模型的左右边界采用法向约束，模型底边界采用水平、竖直方向约束。

3.2 计算参数及工况

计算采用物理力学参数见表1，计算工况和运用条件见表2。

表1 边坡物理力学参数

表2 计算工况和运用条件

3.3 计算结果及分析

1）有限元数值模拟边坡变形破坏机制分析

采用二维弹塑性有限元法分析研究泄洪洞出口边坡变形和塑性区的发生、变化、发展过程。正常运用+地震工况塑性区和位移分布见图1。

图1 正常运用+地震工况塑性分布和位移云图

经分析，正常运用工况边坡的坡角局部及深层基岩破碎区边界部位处于剪切屈服状态，但其塑性应变值很小，边坡位移较小，边坡整体处于稳定状态。正常运用+地震工况坡体内的塑性区范围和塑性应变值明显增大，边坡表面及深部出现较大范围的拉剪破坏区，基岩破碎区部位拉剪破坏区尤为突出，并向边坡表面延伸形成贯穿的滑移带，边坡基岩破碎区变形量超过其他区域，向坡外水平位移较为明显，公路上部最大位移量达8.68 cm。

通过边坡体内变形和塑性区分布特征分析可知，泄洪洞出口边坡基岩破碎区范围大、强度较低，是导致边坡变形的主要因素。在地震荷载影响下，边坡基岩破碎区部位变形破坏加剧，基岩破碎区出现贯通的滑移带，易形成从公路下坡脚处剪出的危险滑动模式。

2）二维极限平衡法边坡稳定分析

利用弹塑性分析给出的最不利滑裂面，采用二维极限平衡法计算各工况典型剖面的稳定性。图2为滑裂面位置图，边坡稳定分析成果见表3。

表3 边坡稳定分析成果

由计算结果可见，边坡尚未达到极限平衡状态，边坡整体稳定。正常运用+地震工况为控制工况，边坡形成从基岩破碎区边界区域剪出滑动模式，稳定安全系数为1.13，其值偏小。

4 边坡加固措施研究

图2 滑裂面位置图

考虑出口边坡的重要性，边坡地质条件的复杂性，地震工况下稳定安全系数偏小等因素，对边坡局部范围采取加固处理，以增加边坡稳定的安全储备。经综合分析提出边坡加固方案如下：在泄洪洞出口公路上一级马道桩号K0+680～K0+388 m范围内和公路下洞脸处各布置4排压力分散型预应力锚索，锚索间距6 m，平均长度35 m，单束锚索提供1000 kN的锚固力。

采用二维弹塑性有限元法和二维极限平衡法分别对压力分散型预应力锚索的加固效果进行分析，采用预应力分散型锚索加固后，最小抗滑稳定安全系数由1.13提高至1.17。边坡塑性区和变形计算分析表明，边坡体内的塑性区范围大大减少，边坡表面水平变形量明显降低，最大位移值从8.68 cm降至2.59 cm。可见针对边坡采用的加固增稳措施效果明显，加固措施有效改善了边坡的应力状态，提高了边坡岩体的抗变形能力，对提高边坡的稳定性有显著作用。