嘎夏帕变形体稳定性分析及工程影响评价

2015-02-11刘思丁肖华波魏星灿

水电站设计 2015年4期

关键词：变形体砂岩滑坡

刘思丁，肖华波，魏星灿

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

嘎夏帕变形体稳定性分析及工程影响评价

刘思丁，肖华波，魏星灿

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

嘎夏帕变形体位于楞古水电站坝址上游右岸，距坝址距离约0.5 km，估计方量约18.8万m3。如果变形体产生失稳破坏，产生的涌浪将对大坝及相关建筑物产生巨大的威胁。本文在对变形体工程地质特征分析的基础上，建立地质模型，用极限平衡理论计算天然、暴雨、地震三种工况下变形体的稳定性，然后，根据水利水电边坡控制安全系数标准，分别就变形体在各工况下的安全性进行了分析评价，并对其失稳破坏后的工程影响进行了初步分析评价。

嘎夏帕变形体；工程地质特征；极限平衡理论；稳定性评价；工程影响

0 引言

嘎夏帕变形体位于楞古水电站坝址上游右岸，与坝址距离约0.5 km。嘎夏帕变形体前缘高程2 490 m，后缘高程2 600 m，顺河宽50～80 m，垂直厚度20～30 m，方量约18.8万m3（见图1）。由于方量大，且潜在滑体重心比蓄水后库水位高约80 m，存在失稳可能，如果嘎夏帕变形体失稳破坏，产生的涌浪将对大坝及相关建筑物产生巨大的威胁。

图1 嘎夏帕变形体全貌

1 地质概况

嘎夏帕变形体前部、左侧和右侧三面临空，出露地层岩性为三叠系上统侏倭组（T3zh）中厚层变质砂岩，并穿插有印支—燕山期花岗伟晶岩脉。依据岩体结构和变形破坏模式，可以将变形体大致分为三个亚区（见图2）。

Ⅰ区由变质砂岩及花岗伟晶岩脉组成，其中，变质砂岩位于前缘，层面反倾坡内，因遭受多期地质构造作用及风化卸荷作用影响，岩体较破碎。

Ⅰ区花岗岩体变形模式为典型的压致拉裂，主要发育两组裂隙：①N10°E／SE∠35°；②N80°W／NE∠84°。其中，第②组裂隙构成变形体的侧裂面，使变形体两侧面临空，第①组相对较缓的结构面为变形体的潜在滑面，控制岩体的滑动，变形体结构面赤平投影见图3。

在Ⅰ区花岗岩体中共发育三条第①组结构面，岩体有沿这三条结构面滑动的趋势，由于结构面上存在锁固段，阻止岩体下滑，因此，在锁固段处发育竖向拉裂缝，进一步将岩体切割成独立于母体的变形体。在岩脉的顶部，竖向裂隙已经贯通，形成了变形体；在中下部，竖向裂缝在逐渐扩大，有贯通的趋势。

Ⅱ区主要为砂岩，层面反倾坡内，倾角较陡，岩体完整性较好，在其中发育有Ⅰ区延伸过来并逐渐消失的3条第①组缓节理和层理。虽然受到结构面切割，但是结构面处于闭合、紧密接触状态，且岩体并没有明显变形，稳定性较好。

Ⅲ区岩体由4条花岗岩脉与砂岩组成，由于岩脉侵入时的挤压作用，后缘砂岩破碎，为碎裂状岩体，呈堆石状，且由于变形体底部与地面接触面的角度达到45°以上，因此，Ⅲ区岩体稳定性差，主要靠Ⅰ区及Ⅱ区阻滑。

图2 嘎夏帕变形体剖面示意

图3 结构面赤平投影

图4 稳定性计算模型

图5 稳定性计算模型条分图

2 工程地质分析

根据嘎夏帕变形体工程地质条件宏观判断，Ⅰ区前部砂岩目前稳定性差，随时可能发生崩塌破坏；Ⅰ区花岗岩体变形较大，顶部拉裂缝已经贯通，中下部拉裂缝正在发展扩大，在大坝建设和运行期间，受地震及降雨的影响，极有可能失稳发生滑移式崩塌；Ⅱ区砂岩完整性较好，目前未有明显变形；Ⅲ区砂岩为碎裂状岩体，岩体破碎。目前Ⅰ区和Ⅱ区岩体对Ⅲ区碎裂状岩体起阻滑作用，维持整个嘎夏帕变形体的稳定。但是在Ⅰ区失稳破坏的情况下，Ⅱ区砂岩对Ⅲ区岩体阻滑作用有限，可能发生整体溃决式破坏。

3 稳定性计算与分析

3.1 计算剖面与滑面选取

选取纵1-1剖面作为变形体代表性剖面进行稳定性分析，计算简图见图4，条分图见图5。

3.2 计算方法与工况

依据《水利水电边坡工程设计规范》DL／T5353 -2006，结合变形体的实际情况，选用摩根斯顿-普赖斯法和剩余推力法对变形体的稳定性进行定量计算。

边坡稳定性计算主要考虑自重、蓄水、地震和降雨等四种工况以及它们的组合工况下变形体的稳定性。由于蓄水后最高水位2 477 m低于变形体前缘高程2 490 m，因此蓄水后的工况无需计算。地震工况按坝址区50年超越概率10%的地震动参数选取，即水平加速度峰值取0.143 6 g。计算工况如下：

工况1 （自重）：天然状态下水位为2 399 m，仅考虑斜坡岩土体的自重。

工况2 （自重＋暴雨）：在工况1的基础上，考虑暴雨作用。

工况3 （自重＋地震）：在工况1的基础上，考虑地震引起的水平推力。水平地震加速度取0.143 6 g。

3.3 边坡等级与安全标准

本次研究根据计算结果，采用《滑坡防治工程勘查规范》（DZ／T0218-2006）中的滑坡稳定状态划分标准（见表1），对斜坡稳定性做出评价。

根据《水利水电工程边坡设计规范》（DL／T 5353 -2006），嘎夏帕变形体为A类枢纽工程区边坡中的II级边坡。工况1、4、7为持久状况，工况2、5、8为短暂工况，工况3、6为偶然工况。因此，在1、4、7工况下稳定性系数达到1.15～1.25即为安全；在2、5、8工况下稳定性系数达到1.05～1.15即为安全；在3、6工况下稳定性系数达到1.05即为安全。

3.4 物理力学参数取值

本次研究采用两种方法对岩土体的物理力学参数进行综合研究，包括工程地质类比与经验取值、反

演，最后根据变形体和堆积体的实际情况综合取值（见表2）。

表1 斜坡稳定性评价标准

表2 变形体岩体物理力学参数

3.5 稳定性计算成果及评价

嘎夏帕变形体刚体极限平衡法计算结果如表3所示。根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ／T0218-2006）评价嘎夏帕变形体的稳定性，《水利水电工程边坡设计规范》DL／T5353-2006评价嘎夏帕变形体的安全性。稳定性和安全性综合评价结果如表4所示。嘎夏帕变形体在天然工况下处于基本稳定状态，在暴雨和地震等因素作用下处于欠稳定、不稳定状态，而三种工况下均不能达到《水利水电工程边坡设计规范》DL／T5353-2006的安全标准。