齐热哈塔尔水电站调压井后边坡稳定性分析

2015-12-17方海艳胡相波刘栋臣

水利水电工程设计 2015年4期

方海艳胡相波刘栋臣

齐热哈塔尔水电站调压井后边坡稳定性分析

方海艳胡相波刘栋臣

齐热哈塔尔水电站调压井后边坡坡高107 m，综合坡比1∶1。边坡岩体以薄层状板岩为主，且呈碎裂镶嵌结构。利用施工期地质编录的成果，采用宏观判断和赤平投影的方法对边坡的整体稳定进行了分析，得出了边坡整体稳定，但存在局部崩塌或垮落的可能，同时提出了采取适当的加固措施，做好排水并加强监测的建议。

齐热哈塔尔水电站调压井后边坡宏观判断法赤平投影法

高边坡在水利水电工程建设中非常常见，如小湾水电站700 m高边坡，锦屏水电站540 m高边坡等。工程高边坡的稳定性分析和支护设计是勘察设计工作的重要内容，利用工程地质分析方法，结合施工期揭露的地层情况，对边坡的稳定性进行定性分析是进行边坡稳定性定量分析的重要基础，进一步为支护设计提供参数。本文以齐热哈塔尔水电站调压井后边坡为研究对象，结合边坡岩体条件和结构面的分布及组合关系，采用工程地质分析的方法对边坡稳定性进行定性分析。

1 工程概况及地层岩性

齐热哈塔尔水电站位于新疆喀什地区塔什库尔干河上，为该河流开发的第二级水电站。调压井后边坡设计高程2 904～2 795 m，高度107 m，分9级开挖，每级设2 m宽马道，综合坡比1∶1。

勘察资料和实际开挖揭露的地层情况表明：调压井后边坡地层为第四系坡积物与风积物（）和奥陶-志留系第1段（O-S1）基岩为主。第四系地层为松散堆积的坡积物和风积砂土等，含少量碎块石；基岩岩性以角闪斜长板岩、片岩为主，夹薄—中厚层大理岩。边坡岩体全—强风化带厚度达20 m，弱风化带厚度为20～30 m。岩体卸荷较为强烈，局部岩层已蠕变倾倒。见表1。

表1 边坡岩体力学指标

2 施工揭露工程地质条件

2.1 坡面产状

调压井后边坡走向NE8°，倾SE，上部1～4级坡比为1∶1，倾角45°；5～7层坡比为1∶0.75，倾角为53°；8～9层坡比为1∶0.5，倾角为63°。坡面总高度107 m，综合坡比1∶1。

2.2 地层分布

开挖揭露边坡介质由碎石土和薄层—中厚层（以薄层为主）状板岩构成。1～3层及4层边坡的上部地层以松散堆积物为主，边坡坡面为全—强风化的薄层状板岩；4层下部为强—中等风化的薄层状板岩，5层以下边坡坡面为中等风化薄层状板岩，且局部发育中厚层的白色或灰白色大理岩条带。

总体看来，1～3层边坡和4层边坡上部的全—强风化板岩中层间夹有大量碎石及细颗粒，呈碎裂结构；以下部位薄层状板岩层结构面多闭合，局部充填碎块石或无充填，边坡底部岩体基本呈碎裂镶嵌结构。

从开挖揭露的地层情况来看，开挖高度107 m范围内除局部存在层间挤压带或层间错动外，未见有明显变形位移迹象。

2.3 边坡结构面状况

边坡开挖范围内结构面以层面为主，倾向与边坡倾向相反，且倾角一般大于60°，局部发育层间挤压带，产状与层面基本保持一致。无明显的断层和切断层面的挤压破碎带。结构面等密度图、走向玫瑰花图和倾角分布直方图见图1～3。

2.4 结构面分组及描述

根据地质编录情况，结合走向玫瑰图将边坡范围内发育的结构面分为5组。

各组结构面的产状和特性描述如下：

（1）产状 240°～280°∠60°～70°，间距 5～10 cm，密集发育，延伸长，几乎贯穿边坡横断面，局部岩体呈碎裂结构。在1～9层边坡均有发育，为优势结构面，包括多条挤压带，挤压带产状同该组结构面产状。挤压带内物质已糜棱岩化。

图1 边坡开挖范围内结构面等密度图

图2 边坡范围内结构面走向玫瑰图

图3 边坡范围内结构面倾角分布直方图

（2）产状0°～60°∠61°～80°，结构面密集发育，间距在10～20 cm之间，延伸不长，多呈张开状，碎屑充填或无充填。与第1组结构面垂直或大角度相交，且倾向于坡外和下游。

（3）产状194°～215°∠30～70°，结构面发育较少，宽度5～10 cm，延伸较短，岩屑充填或无充填，结构面面起伏差较小。

（4）产状220°∠40°，结构面贯通性较好，在8层和9层坡面上基本贯通整个坡面，延伸较长。结构面内充填白色钙质物，充填物强度很低，宽度在3～5 cm，发育间距在30～40 m。

（5）产状113°～180°∠40°～70°，结构面延伸较短，在1～2 m，局部延伸达5 m，发育间距大于1 m，且仅局部发育，走向与坡面平行，倾向坡外。面多平直光滑，局部充填有泥质物质。

3 稳定性分析与评价

3.1 宏观判断

从勘察资料和实际揭露的边坡地层情况来看，边坡岩体以板岩和千枚岩为主，除强卸荷带岩体呈碎裂结构外，其余部位均为碎裂镶嵌结构，岩体完整性差。

中等风化岩石点荷载试验成果表明，垂直片理面加载时其单轴抗压强度在58.57～337.99 MPa，平均141.88 MPa；平行片理面加载时单轴抗压强度45.65～175.16 MPa，平均值为96.22 MPa，可见中等风化状态的板岩为坚硬岩，且抗压强度上存在明显的各向异性。另外，由表1看出板岩的软化系数较高。

边坡内发育的结构面产状走向与坡面平行，倾向与坡面相反且属陡倾角结构面。

由此可见，该边坡为呈碎裂镶嵌结构，局部碎裂结构的岩质边坡，边坡岩体为坚硬岩，主要结构面产状有利于边坡稳定，开挖范围内无明显变形位移迹象，因此，可以宏观判断边坡整体稳定。

3.2 赤平投影法

根据2.4描述的5组结构面，绘制的赤平投影图如图4，分析结果如表2所示。