某水电站坝基抗滑模式研究

曹伟轩 贾建红 朱振彪 叶浩 贺金明

摘 要：某水电站建坝岩体总体上由相对较差的软弱岩体组成，大坝在库水的推力、波浪压力、扬压力、泥沙压力及地震力等综合作用下，存在软弱结构面滑移的可能。通过对坝基下剪切带及裂隙空间分布、性状、特征等研究，采用二维计算和三维图解校核，得到最大连通率为29.3%，结合枢纽建筑物的布置、大坝结构型式，查明了坝基的抗滑稳定模式在不同的部位分别为单面滑动和双面滑动，指出了最大可能滑移模式和处理建议，为坝基抗滑稳定设计提供了可靠的依据。

关键词：深层抗滑；剪切带；裂隙；三维图解；连通率

1 工程简介

某水电站位于长江中上游河段内，为低水头径流式电站，大坝采用混凝土重力坝，坝顶高程204m，最大坝高68m，坝顶总长度约2132m。正常蓄水位197m，死水位195m，总库容13亿m3，总装机容量2030MW，工程等别为一等，工程规模为大（1）型。

2 基本地质条件

长江由SW向NE向流经坝区，河谷开阔，宽2km左右，至江心洲将长江分流为左、右两支。江心洲呈梭形，顺水流向长约4.1km，顺坝轴线处宽约1.15km。江心洲高程为190～203m。

坝基地层主要为侏罗系上统遂宁组（J3S），总厚度471.1m。按岩性组合划分为6段，其中第1、3、5段岩性为浅灰紫色中厚～厚层长石岩屑砂岩、钙质石英砂岩、粉细砂岩夹粉砂及砂质粘土岩、粘土质粉砂岩；第2、4、6段岩性为紫红色薄层粉砂质粘土岩、粘土质粉砂岩夹少量浅灰紫色中厚—厚层粉细砂岩、长石岩屑砂岩、钙质石英砂岩。

3 坝基下结构面分布特征

3.1 坝基下剪切带分布

通过数值模似分析，影响坝基抗滑稳定的剪切带主要分布在坝基下30m范围以内。通过勘察，船闸以右部位建基面下30m范围内分布有29条剪切带，对坝基抗滑稳定问题起控制作用的Ⅱ、Ⅲ类剪切带有15条，其中有7条为Ⅲ类剪切带，8条为Ⅱ类剪切带；14条为Ⅰ类剪切带。剪切带顺江延伸长度一般在40～380m之间，最短约26m；顺坝轴线一般呈断续发育，长一般为60～360m，累计长一般120～498m。

3.2 坝基岩体裂隙发育情况

（1）坝基下缓倾角裂隙：利用二维数值计算进行敏感性分析，搜索坝后岩体中最危險裂隙面的倾角得出反向40°左右的中倾角裂隙为坝体下游最不利结构面。从地表调查情况看，坝基缓倾角裂隙延伸短小，长度一般数米至十余米，多尖灭于层间剪切带中，且呈闭合状态。

钻孔数字录相显示坝基岩体中发育有中、缓倾角裂隙。走向与坝轴线呈小角度相交的中、缓倾角裂隙分布不多，约占中、缓倾角裂隙的13.8%、15.0%。

（2）裂隙发育线密度：根据钻孔数字录像资料统计显示，裂隙线密度约0.35～1.43条/m，从左岸到右岸裂隙发育密度趋于减少，主河道裂隙发育程度高于江心洲与右支汊河。

4 坝基抗滑稳定模式概化

建筑物区船闸以西坝基地层陡倾，坝基抗滑稳定问题不突出。船闸以东坝基岩层向下游微倾或平缓，层间剪切带较发育，抗滑稳定问题较为突出，且主要是溢流坝段。

根据剪切带发育与岩体结构面组合情况及受力条件分析，坝基抗滑破坏模式主要为深层滑动，包括单面滑移和双面滑移两种模式。

4.1 单滑面滑移模式

溢流坝段消力池长约80m，其后布置深入基岩的混凝土防淘墙及抛石防冲槽，防淘墙接至微新岩体，防淘墙底高程在136～151m之间，开挖深一般5.5～12.5m，最深18.5m。当坝体与防淘墙之间的建基面下存在顺江延伸较长剪切带时，溢流坝段在库水推力作用下，沿剪切带发生单面滑移，从防淘墙临空处剪出。

左泄4号坝段3S501剪切带在建基面下埋深0～11.5m；左泄5号坝段3S620剪切带在建基面下埋深为3～10.5m；右泄2、3号坝段3S602剪切带在建基面下埋深0～12.1m，右泄5、6坝段3S620剪切带在建基面下埋深0～15.7m，这几条剪切带向下游均延伸到防淘墙侧墙处，存在单面滑动条件。

4.2 双面滑移模式

综合坝基下剪切带、坝后抗力体中的中、缓倾结构面的发育特征，将双面滑动可概化为两种平面滑移模式：剪切带+岩桥+中、缓倾角结构面和剪切带+岩体破坏面组合滑移型。

（1）剪切带+岩桥+中、缓倾角结构面组合滑移模式

坝基下发育有缓倾的剪切带，坝后抗力体中存在连通率不大的反倾上游缓倾角结构面，坝体将沿剪切带及坝后的缓倾角结构面、岩体破坏面发生滑动，形成剪切带+岩桥+中、缓倾结构面组合滑移模式。

溢流坝下岩层缓倾下游，左泄1-7号坝段建基面以下30m范围内发育3S602、3S620、3S502、3S501、3S418、3S430等6条Ⅱ、Ⅲ剪切带；右泄1号～6号坝段建基面以下30m范围内共发育3S602、3S620、3S502、3S523、3S501、3S521等6条Ⅱ、Ⅲ剪切带。

（2）剪切带+岩体破坏面滑移模式

当坝基下发育有缓倾下游的剪切带，但坝后的抗力岩体中无中、缓倾角结构面发育时，可构成剪切带+岩体破坏面滑移模式。滑动破坏受到下游岩体的抵抗，只有剪断下游岩体后，才能产生滑移破坏。坝体下游抗力岩体由遂宁组第5段长石岩屑砂岩夹粉砂质粘土岩、第6段粉砂质粘土岩、粘土质粉砂岩夹少量长石岩屑砂岩组成，部分为微新岩体、部分为弱至强风化岩体。

4.3 最大可能滑移模式及处理措施

把所有与滑移模式有关的结构面做成三维分析图，按不同的坝段、不同的工况进行模拟计算，结果显示剪切带+岩桥+中、缓倾角结构面组合滑移为最有可能滑移模式，根据剪切带及中缓倾角裂隙分布高程、规模，结合葛洲坝等工程实践，建议采用齿槽混凝土置换措施，计算校核处理后在各种工况下运行，大坝是安全的。

5 结语

坝基岩体为软硬相间的红层碎屑岩类，无规模大的断层分布，无较长大的破碎带穿过坝基，通过详细的特殊勘察，查清了裂隙、剪切带发育规模和分布，经综合分析，最大可能的滑移模式为：剪切带+岩桥+中、缓倾角结构面组合滑移模式；滑移模式及剪切带的分布高程清楚，工程所在地施工条件好，建议不同的坝段、不同部位采用齿槽混凝土置换措施处理，结构面的连通率按30%考虑是可行的。

参考文献

[1] 徐瑞春，等.红层与大坝（第二版）[M].武汉：中国地质大学出版社，2010.9.

[2] 徐麟祥.葛洲坝二江泄水闸深层抗滑稳定设计[J].人民长江.1982.2

[3] 蒋为群，等.对厂房深层抗滑稳定计算的探讨[J].水利技术监督，2006.14（2）14-16.

[4] 刘承新.三峡工程右岸建基岩体帷幕灌浆研究.水利规划与设计[J].2009（1）42-45.

[5] 崔连升.坝基节理裂隙特性随机分析及应用[J].水利技术监督.2006（1）46-50.