深溪沟水电站黄草坪座落体稳定性分析

2014-03-20张逢银

水电站设计 2014年1期

段斌，陈刚，张逢银

(国电大渡河流域水电开发有限公司，四川成都 610041)

1 工程背景

1.1 深溪沟水电站概况

深溪沟水电站位于大渡河汉源县和甘洛县接壤处，为大渡河干流调整规划中的第十八级电站，是瀑布沟水电站的反调节电站。深溪沟水电站大坝最大坝高101m，水库正常蓄水位660m，库容0.32亿m3。电站设计装机容量660MW，设计年发电量32.4亿kW·h，所发电量将和瀑布沟水电站一起送入四川电网。

1.2 黄草坪座落体地质条件

黄草坪座落体位于深溪沟水电站坝址上游约800m的大渡河右岸(凸岸)。该段枯水期河水位高程621m。座落体谷坡总体走向NNE向，其上、下游侧和内部分别为三条小冲沟切割，沟内有暂时性流水。座落体内地貌形态与外围周边谷坡存在明显差异，其后缘、侧缘正常谷坡地形呈完整陡壁，坡度60°～70°，而座落体内部地形相对较缓，一般坡度35°～45°。后缘高程830m，后缘地貌显示清楚，前缘进入大渡河，形态似圈椅形。该座落体顺河平面长550m，横河平面宽250m，水平发育深度90～124m，体积大约500万m3。

座落体下游区段表面分布有Ⅱ级阶地堆积物，主要出露于座落体680m高程以下，残留厚度3～5m，拔河高度近60m，组成阶地的堆积物(漂卵石)成分较杂，由远源的花岗岩、砂岩、玄武岩及近源的灰岩、白云岩组成，粒径一般为30～90mm，磨圆度较好，颗粒间为中、粗砂充填，结构密实，局部分布有中、粗砂层透镜体，层理结构保存完整，结构未遭到破坏。0～65.2m为座落体堆积物，65.2～69.0m为砂卵石层，座落体超覆在古河床冲积层(alQ33)上，其前缘与现代河床冲积物相接。

座落体部位出露地层为震旦系上统(Zbdn)灯影组厚层状白云岩、白云质灰岩，正常地层产状为：N30°W/SW∠10°～30°，岩石致密坚硬，断层、破碎带不发育，结构面主要为层面裂隙及陡倾切层的共轭“X”剪切节理。

据勘探平硐揭示，座落岩体中主要发育如下3组裂隙：

(1) N25°～30°E/NW∠35°～40°，主要为变位后的层面裂隙，较发育，延伸长，多闭合。而其外部岩层正常产状为：N30°W/SW∠10°～30°；

(2) N20°～25°E/SE∠45°～55°，顺坡中陡倾坡外，为卸荷拉张裂隙，延伸相对较长，张开宽大，一般5～30cm不等；

(3) N55°～60°E/NW∠45°～55°，相对不发育，延伸较短，个别长大裂隙地表张开较大。

HPD03勘探平硐揭露的座落体岩体结构略有差异，主要结构面：

(1)N20°～40°E/NW∠45°～55°；

(2)N15°-25°E/SE∠55°～65°；

(3) N40°W/SW∠30°～35°。

其中第一组主要为中倾坡外的错动带，第二组为中陡倾坡内的密集裂隙，第三组为层面。

通过对座落体勘探平硐的现场调研，在剖面上可将座落体由表及里划分为：①崩坡积带、②座落带、③松动带、④压剪带、⑤影响带、⑥正常岩体。

2 座落体稳定性的定性分析

除前缘局部有小的崩滑产生外，黄草坪座落体目前整体稳定性较好。这从以下的地质地貌现象可以得到验证：

(1)Ⅱ级阶地堆积物结构完好。在座落体中下部680m高程以下浅表层分布有Ⅱ级阶地堆积物——漂卵石层，层理发育，具泥质半胶结，分布面积较广。从各处的露头可见，层理保持完整，结构未遭到破坏，这至少说明在沉积该层以来的地质历史时期这部分坡体没有变形破坏的迹象。该阶地与区域上其他阶地比照，属于上更新统(Q3末)地层，这充分说明了座落体堆积体在相当长的时期内都是处于稳定状态的。

(2)冲沟深切、发育成熟。黄草坪座落体其上、下游两侧及内部冲沟发育，大多呈“V”字型，切割深度10～30m不等，有暂时性流水，发育如此规模的深切沟谷，沟谷形态如此成熟，这也证明在沟道塑造阶段，坡体堆积物未遭到整体破坏，座落体堆积物整体稳定性仍然较好。

(3)地表无变形破坏迹象。野外地质调查结果显示，座落体后缘及坡体表面未见拉张裂缝，中下部坡体未见鼓胀变形，这也是坡体目前整体稳定性较好的又一明证。

(4)排水通畅。座落体表面为阶地堆积、坡残积壤土夹块碎石，该层透水性较差，不利于地表水的渗入，纵向深切冲沟发育，有利于降水的汇集排泄，减少了地表径流对座落体堆积物的破坏；座落体堆积物多由破碎岩体组成，这些岩土体多呈架空状，空隙连通性较好，有利于地下水的径流与排泄，座落体体内未见泉点出露，地下水埋深大，证明其多呈散状片流的形式直接向大渡河排泄，进一步减少了对座落体物理力学性质的弱化。

(5)方解石生长。座落体内岩块与岩块间的松弛架空部位右方解石晶体生长，在HPD04号表现得尤为明显，岩块之间江湖都充填方解石晶体，产生胶结作用；且未见新生长充填的方解石晶体后期改造错动。

此外，座落体所处的大渡河谷地现今仍处抬升阶段，河流侧蚀作用相对较弱，除洪水期外，一般情况下对右岸岸坡堆积体的破坏较小，有利于座落体前缘堆积物的稳定。座落体区内无第四纪活动断裂的存在，而主要受到周围地区主要构造带活动的影响，其最大影响烈度为Ⅶ度，鉴于黄草坪座落体历史上曾遭遇过Ⅶ度地震烈度的影响而未破坏，说明其整体稳定性是比较好的。

3 座落体稳定性的定量计算

3.1 计算方法

黄草坪座落体边坡是水电工程Ⅱ级边坡，所处地理位置特殊，不仅应分析蓄水前的稳定性，更应重点研究蓄水后的稳定变化状况。由于蓄水后环境地质条件的改变会对座落体产生各种不利的效应，导致坡体稳定性的改变，同时由于产生滑动还与许多外部因素相联系，如暴雨、地震、水位升降等。本次稳定性计算采用规范推荐的不平衡推力传递系数法(也称传递系数法)，同时辅助采用改进的毕肖普方法作计算校核。

3.2 计算工况

由于地下水的动水压力、浮托力等的作用，在稳定分析时必须对这些因素加以考虑并考虑它们的叠加效应，故稳定分析主要按以下工况考虑：

(1)基本组合(天然状况)；

(2)一般组合1(天然状况+特大暴雨)；

(3)一般组合2(天然状况+地震)。

无雨或少雨，计算体按天然状况考虑；持续降雨或暴雨，计算体按饱水状态考虑。

3.3 计算剖面

根据黄草坪座落体变形破坏各分区的岩土体结构特征、地形地貌特征和目前的变形破坏特征等，将黄草坪座落体横Ⅰ-Ⅰ和横Ⅱ-Ⅱ剖面作为各分区的代表性剖面进行稳定性计算，其平面位置如图1所示。

图1 黄草坪座落体平面示意

3.4 计算参数

在工程地质类比和现场考察所见地质现象的基础上，并结合已有的岩体物理力学试验结果和岩体质量指标类比，参照地质分析反算的结果确定座落体稳定性计算参数。由于座落体中压剪带由岩屑和块径大小不等的分离岩块组成，岩屑多呈粗砂状，并含少量岩粉，岩块块径0.5～数10cm不等。根据座落体平硐内的压裂破碎带现场大剪试验结果表明，压裂带抗剪强度指标为：f′=0.81、c′=0.12～0.48MPa，f=0.65、c=0.11MPa。座落体的各计算剖面的岩体力学参数取值见表1。饱水条件下岸坡岩体的参数，考虑到座落体的特点，仅将内聚力c值作0.75倍的折减，内摩擦角保持不变。

根据四川省地震局批复的《大渡河深溪沟水电站工程场地地震安全性评价报告》，大渡河深溪沟水电站工程场地的地震基本烈度为Ⅶ度。考虑地震作用时，50年超越概率5%水平地震加速度为0.17g，50年超越概率10%水平地震加速度为0.127g。

表1 坡体纵剖面稳定性计算参数取值

3.5 计算结果及分析

借助黄草坪座落体的地表踏勘资料、平硐资料以及钻孔资料，经详细的分析研究，最后确定出如图2、3所示的计算滑面。由于水库蓄水后计算滑面受水库蓄水影响较大，故考虑这两个计算剖面蓄水后稳定性系数的变化。

图2 横Ⅰ-Ⅰ剖面计算滑面条分示意

根据上述计算参数及条分图，黄草坪座落体横Ⅰ-Ⅰ、横Ⅱ-Ⅱ剖面的计算滑面在各种工况条件下的稳定性系数如表2所示。

图3 横Ⅱ-Ⅱ剖面计算滑面条分示意

计算工况计算剖面横Ⅰ-ⅠBishop法不平衡推力法平均值横Ⅱ-ⅡBishop法不平衡推力法平均值蓄水前基本组合1.501.501.501.131.161.15特殊组合11.361.371.371.051.091.07特殊组合21.391.411.401.071.111.09蓄水后基本组合1.531.501.521.191.201.20特殊组合11.301.301.301.041.081.06特殊组合21.421.411.421.111.141.13

从表2可以看出在蓄水前的天然状况下，座落体沿剪切带滑动的计算滑面处于稳定状态；蓄水后计算滑面稳定性有所降低，但都处于稳定状态。

蓄水前的稳定性计算结果表明：横Ⅱ-Ⅱ剖面的计算滑面在一般组合+地震工况时稳定性系数为1.09，滑体处于基本稳定状态，在一般组合+特大暴雨工况时稳定性系数为1.07，滑体仍处于基本稳定状态；横Ⅰ-Ⅰ剖面的计算滑面在一般组合+地震工况时稳定性系数为1.40，滑体处于稳定状态，在一般组合+特大暴雨工况时稳定性系数为1.37，滑体处于稳定状态。

蓄水后的稳定性计算结果表明：横Ⅱ-Ⅱ剖面的计算滑面在一般组合+地震工况时稳定性系数为1.13，滑体处于基本稳定状态，在一般组合+特大暴雨工况时稳定性系数为1.06，滑面处于基本稳定状态；横Ⅰ-Ⅰ剖面的计算滑面在一般组合+地震工况时稳定性系数为1.41，滑体处于稳定状态，在一般组合+特大暴雨工况时稳定性系数为1.30，滑体处于稳定状态。