地震后江口水电站发电进水口边坡稳定分析

2015-02-25马志强

东北水利水电 2015年11期

马志强

（中水东北勘测设计责任有限公司，吉林长春130021）

1 工程概况

江口水电站位于芙蓉江下游武隆县江口镇境内，大坝采用双曲拱坝，最大坝高140.00 m，坝顶高程305.00 m，坝身布置中、表孔泄洪，坝后接水垫塘消能，左岸布置引水发电系统，电站装机300 MW。工程为二等工程，大坝及泄洪建筑物、引水系统和发电厂房为2 级建筑物，消能防冲等次要建筑物为3 级建筑物。

进水口为岸塔式结构，布置于大坝开挖基坑内，距左坝肩上游30～50 m 处，轴线方位SW198°27′46″，底板开挖高程247.5 m。

2008年5月12日四川汶川发生了8.0 级大地震，重庆江口大坝距震中约470 km，坝区有明显的震感。地震后大坝观测资料显示，在发电引水洞进水口测斜仪观测到的部分边坡位移值较大，2011年大坝首轮定检期间，对发电进水口边坡进行了稳定复核。

2 进水口边坡监测资料分析

发电进水口边坡监测包括：①多点位移计进行边坡内部水平位移监测；②交会法进行边坡外部水平位移变形监测；③滑动测斜仪监测边坡深层滑移。

2.1 水平位移及高程控制网受地震的影响

水平位移控制网为精密边角网，该控制网由9个控制点组成，一般于每年的10月观测一次。高程控制网布置在坝址下游区，为一等精密高程控制网，由30 个水准网点组成，一般于每年的9月或10月进行监测。

通过2002年至2010年的监测成果分析表明，南北向位移在-3.80～4.34 mm 之间，东西向位移在-8.29～4.07 mm 之间，垂直位移在-6.10～4.20 mm 之间，量值不大。

2008年汶川大地震后的6月～10月对水平控制网、高程控制网分别进行了两次测量。多数测点在2008年10月测值与2008年6月测值相比较，水平控制点产生了平均约4 mm 左右的变化、高程控制点沉降平均变化约为0.3 mm 左右。初步认为汶川大地震对水平控制网点、高程控制网点产生的影响不大，属于板块的微量影响。

因此，目前平面变形控制网和水准网观测满足规范要求，测值较小，稳定性正常。

2.2 多点位移计观测资料分析

为监控岩体内部沿水平向不同深度的位移变化，在进水口边坡305 m 高程布置三套四点多点位移计MJ1～MJ3。

通过分析进水口多点位移计位移测值过程线可知，MJ1 和MJ2 测点位移都比较大，但测值比较稳定，MJ3 测点位移比较小，稳定性也较好，各测点未看出受到2008年汶川5.12 大地震的影响。

2.3 交会法水平位移观测资料分析

进水口边坡水平位移监测以大坝水平位移网点做工作基点，采用交会法观测。在305 m 高程和350m 高程马道上，设置4 个变形测点BP08 ～BP11。

从坡向位移过程线(图略) 可以看出，测点BP08～BP11 位移变化规律基本相似，测点的位移量总体上不大，BP10 测点坡向变形最大，数值在0.84～10.97 mm 之间（指向临空面）；BP11 测点横向位移最大，数值在-0.77～9.62 mm 之间（主要指向下游）。在2005年9月之前，BP10 与邻近的测斜孔CXJ1 位移规律接近，BP11 位移略小于邻近的测斜孔CXJ2 位移。

从交会法观测结果来看，进水口边坡交会法位移较小，近期位移的变化正常，未看出2008年汶川5.12 大地震的影响。

2.4 测斜仪观测资料分析

进水口边坡布置了两孔测斜仪，编号分别为CXJ1 和CXJ2。测斜仪可以观测岩体两个方向的水平位移，即坡向位移和垂直于坡向的横向位移，以坡向位移为主，横向位移为辅。

资料显示，从累积位移测值过程线来看，2007年9月前位移的变化规律及稳定性较好，但2007年10月至2009年7月期间，两孔测斜仪均出现了测斜仪的读数不稳定、测值变化较大，坡向位移方向改变等不稳定情况。2009年7月16日更换测斜仪后，CXJ1 孔测值相对于新的基准值变化非常稳定，变幅大为减小，孔口附近坡向和横向累积位移稳定在12.5 mm 和56.2 mm 左右；CXJ2 测值相对于新的基准值变化非常稳定，变幅大为减小，孔口附近坡向和横向累积位移稳定在21 mm 和67 mm 左右。

3 进水口边坡稳定分析

3.1 进水口边坡地质条件

坡面岩层均为薄层—厚层状，岩石呈弱风化至微风化状态，岩质较坚硬。岩层走向N35°～40°E（与边坡呈70°斜交）、倾向NW（下游偏右岸）、倾角45°～50°。

坡内发育有026 号、027 号、028 号及105 号、109 号、302 号、304 号、306 号等主要夹层，多为Ⅰ类泥化夹层和Ⅱ类破碎夹泥层，厚度5～25 cm，由白云岩、片状白云岩夹页岩及方解石脉组成。风化溶蚀强烈，局部溶蚀填泥，性状较差，且沿028 号、105 号夹层发育串珠状小溶洞。

坡内出露有F6 断层，走向NE30°～40°、倾向NW、倾角20°～30°。宽度为10～20 cm，由断层泥角砾岩及方解石脉组成，泥厚10～20 cm，性状差，属正断层。

坡内岩体主要发育两组裂隙：

①走向NW330°、倾向NE、倾角60°～70°，宽1～3 mm，充填方解石脉，稍弯曲、较粗糙。延伸较短，不连续。

②走向NE70°、倾向SE、倾角65°～70°，宽1～2 mm，充填方解石脉，平直、较光滑。

3.2 边坡稳定复核

发电进水口左侧边坡为顺向坡，边坡走向与岩层走向平行，开挖边坡坡比1∶0.7，技施开挖过程中沿026 号夹层曾产生滑移，施工中采用系统锚杆，钢筋束，挂网喷混凝土联合支护措施。本次对该部位边坡进行稳定性复核。切取剖面为：垂直进水口轴线方向，沿进水口洞脸上游切取E8—E8 剖面。该剖面有Ⅱ1—105、Ⅱ1—026、Ⅰ—027、Ⅰ—028 等结构面，其中Ⅱ1—026 下缘在开挖临空面上出露，上缘在地面出露，构成沿Ⅱ1—026 夹层发生层状结构滑动的可能。

结合测斜仪观测资料分析成果，发电进水口边坡通过CXJ2 测点，垂直于结构面（夹层、节理）走向切取E1—E1、E7—E7 两条地质剖面，其中F6断层于E1—E1 大坝基坑开挖临空面上出露；靠近CXJ2 测点，垂直于边坡走向，切取E4—E4、E5—E5 两条剖面。

不考虑侧滑面的影响，选择E8—E8 剖面作为简单平面滑动抗滑稳定计算剖面。考虑侧滑面的影响，选F6 断层作为底滑面，E1—E1 剖面岩面作为侧滑面可构成三维组合滑块体A，该滑块滑动趋势与边坡位移监测结果基本一致，计算选取三维组合滑块体A 进行抗滑稳定分析。计算结果见表1。

计算结果表明：沿剖面E8—E8 方向边坡平面滑动以及三维组合滑块体A 在各工况下，抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

表1 发电进水口边坡稳定计算成果表

汶川地震江口水电站进水口边坡宏观上没有出现边坡破坏现象，坡体内的岩体受地震作用的影响较小。出于安全考虑，通过三维滑块A、典型剖面E8—E8 地质参数改变，对三维滑块A 稳定敏感性进行分析计算。边坡稳定敏感性分析包括岩体参数c，f 值降低10%、20%和岩体节理裂隙连通率降低10%、20%。通过敏感性分析，进水口边坡三维滑块A、典型剖面E8—E8 岩石连通率和岩石地质参数c，f 值降低10%、20%时，进水口边坡抗滑稳定安全系数也满足规范要求。