蓄水条件下水电工程边坡变形与稳定性研究

沙德智 朱俊杰*

(四川省地质矿产公司，四川成都 610000)

1 概述

某水电站坝址区发育一变形体。该变形体具有方量大，变形明显，近坝等特点，失稳之后可能击起的涌浪将直接威胁坝体的安全、运行，因此对其稳定性展开评价关系到该水电站的安全。本文在对该变形体工程地质调查基础上，利用数值计算方法，对变形体蓄水条件下的变形特征与稳定性进行评价［1-6］。

2 变形体的基本特征

该变形体位于坝前约800 m的岸坡，形态不规则。表部地形坡度约43°，后缘为变形体平台。

变形体纵向长度210 m，宽约154 m。后缘高程为1 800 m。总体积约87万m3，正常蓄水位水上部分约54万m3。水下部分约33万m3。变形体前缘底界高程1 600 m左右。

3 计算模型

根据边坡地质模型，建立计算模型(见图1)。具体模型范围如下:X方向800 m;Y方向380 m;Z方向约700 m。岩体力学参数见表1。

表1 岩体力学参数

4 蓄水状态下变形体变形特征

蓄水后，边坡最大主应力分布见图2，最小主应力见图3。由图2可知:从边坡地表向岩层深部最大主应力逐步增大。由图3可知，蓄水状态下最小主应力整体为压应力，在变形体的边界和地形凸出的部位出现拉应力。同时，潜在滑带出现了拉应力集中区，这也表明，蓄水后，坡体应力环境不利于坡体稳定性。

图1 变形体计算模型

图2 最大主应力分布图

蓄水后，变形体后位移较前缘大，从变形控制的角度来说，坡体变形受控于前缘滑体，从图4～图7可以看出，水平位移最大的地方发生在坡体的前缘。横向上下游区位移较上游区大。

图3 最小主应力分布图

图4 位移分布图

图5 水平位移分布图

图6 剖面总位移分布图

5 蓄水条件下变形体稳定评价

强度折减法是以调整岩土体的强度指标为出发点，对边坡稳定性进行不断地增加折减次数，直至其达到临界状态，得到的折减系数为稳定系数。在变形体内设置监测点，根据各个监测点在不同强度折减系数时的水平位移，可以得到如图8所示的关系曲线。结果表明，折减系数从1.15变为1.16时，变形体位移剧增。

图7 剖面水平位移分布图

图8 监测点位移与K关系曲线

图9 K=1.05剪应变增量云图

图10 K=1.1剪应变增量云图

图9～图12为不同折减系数下蓄水工况下模型剪应变增量云图，可知，随着折减系数的增加，塑性区逐渐扩大，当K=1.17时，剪应变增量贯通，变形体已处于失稳状态。因此可认为1.17为该边坡蓄水条件下的稳定性系数。

图11 K=1.15剪应变增量云图

图12 K=1.17剪应变增量云图

6 结语

1)坡体的变形特征是受地形地貌控制的结果。2)在蓄水的情况下，变形体会发生较大的变形，但变形体的总体稳定性较好，不会发生整体失稳。3)虽然变形体总体稳定性较好，但局部会有破坏现象，因此，为保持在水电站运行期间长期稳定性，应予以加固。

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