下天吉枢纽高边坡稳定性分析

何 楠，戴翠琴，姚帅强

（黄河勘测规划设计有限公司，郑州 450003）

下天吉枢纽高边坡稳定性分析

何 楠，戴翠琴，姚帅强

（黄河勘测规划设计有限公司，郑州 450003）

新疆精河下天吉枢纽坝址区地质条件复杂，左岸2#潜在不稳定体一直威胁大坝安全。经过前期地质勘探，认为其已达到临界稳定状态，后期经过补充地质勘探，认为其历史上未发生整体滑动，现状稳定，但蓄水后有可能转为不稳定。基于这种认识对其进行稳定分析，并最终选定锚索加固方案。

下天吉枢纽；高边坡；锚索

1 工程简介

下天吉水利枢纽工程位于新疆博尔塔拉蒙古自治州精河县境内，是一项以灌溉、工业供水为主，兼顾防洪的综合性水利工程。受工程投资限制按两期设计、分期实施，目前一期工程的大部分施工工作已完成。

一期工程为Ⅲ等中型工程，总库容1290万m3，最大坝高71.5m，坝顶高程683.50m，坝顶长207m，坝顶宽10m。正常高水位678.00m，设计洪水位678.35m，校核洪水位681.46m，死水位632.00m。

工程区位于西天山北部，由于北疆特殊的气候条件，冬夏、昼夜温差大，降雨历时短、强度小，坝址区岩体裸露，断层发育，岩石受雨水冲刷影响小，脆而易碎，是工程处理的难点。

2 工程地质

该地区地质条件复杂，断层发育，岩石破碎，坝址区分布有1#～6#等多个潜在不稳定体。左岸边坡总体基本稳定，边坡存在2#，5#两处潜在不稳定体及4#，6#两处潜在危岩体。其中2#潜在不稳定体位于左坝肩上方，规模较大，威胁大坝安全。

2001年5月1日，修建施工马道时掏挖2#不稳定体坡脚，造成该不稳定体局部顺F279断层带从800m高程塌滑约4000m3。2001年9月对不稳定体高程745m以上破碎岩体以F279后缘滑动面为开口线，按基本稳定坡削坡（1∶0.75～1∶1）减载。2002年5月7日，因连续降雨导致不稳定体局部塌滑，总方量1000m3。因此，保证2#潜在不稳定体的稳定是本工程的重要课题。

2#潜在不稳定体位于左坝肩1#冲沟至3#冲沟之间，为断层切割及岩体卸荷变形共同作用形成的潜在不稳定体，其上游范围界线及后缘切割面为断层F297（300°～325°/NE∠70°～80°），下游范围边界上部为断层F35（85°/NW∠64°），下部为1#冲沟，下部界面为以F201断层（300°～325°/NE∠20°～25°）为主的一组近平行结构面。分布高程674～813m，沿坡面面积1.6万m2，总方量40万m3。左岸2#潜在不稳定体边界赤平投影如图1。

图1 左岸2#潜在不稳定体边界赤平投影

2#潜在不稳定体可分为2个区，其中F201断层以下岩体至趾板线范围为稳定性较差的Ⅰ区；断层F201以上为稳定差的Ⅱ区，而Ⅱ区根据岩体结构、卸荷裂隙发育程度及探硐支护深度又可分为沿坡面上部稳定极差的Ⅱ2区和内部稳定性差的Ⅱ1区。2#潜在不稳定体岩体分区如图2。

图2 2#潜在不稳定体岩体

2013年针对一期遗留问题及两岸高边坡问题，进行了专项补充地质勘探，对左岸2#潜在不稳定体有了新的认识。

根据新增探硐资料揭露，沿F201，F279，F35断层未见地下水出露，沿上、下游侧及后缘切割面断层F279，F35未见拉裂面出现，沿下部底界线断层F201未见明显的滑动现象，表明2#潜在不稳定体未产生过整体滑动，目前也没有整体滑动的迹象，地质定性为介于极限平衡至基本稳定之间的状态，在考虑地震影响时处于临界稳定状态。在二期工程抬高蓄水后，2#岩体的前缘一定部位处于饱和状态，F201断层带的力学强度将大幅降低，该潜在不稳定体将向不稳定方向转化。受F201，F279，F35等断层切割，可能的整体滑动方向应沿1#冲沟与F201交线倾向滑动，即沿86°～110°方向滑动。Ⅱ2区岩体内裂隙发育且多张开，岩体破碎呈碎裂～散体结构，张开裂隙发育，断层对边坡稳定不起控制性作用，卸荷倾倒变形是边坡失稳的主要变形方式，其可能的塌滑方向应沿边坡坡面倾向方向。即2#潜在不稳定体整体潜在失稳模式是沿断层面发生滑动，表层局部潜在失稳模式为沿滑弧发生滑动。

3 稳定分析

本次对Ⅱ区和Ⅱ2区分别进行计算分析，计算方法均采用平面极限平衡法，计算软件为GeoStudio，岩石破坏准则采用莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）强度准则。

计算工况包括：水库正常蓄水位；水库正常蓄水位骤降至死水位；降雨；正常运用+地震。

3.1 深层稳定分析

对于Ⅱ区沿断层的整体稳定，采用萨尔玛法（Sarma）计算。2#潜在不稳定体及边界断层主要抗剪参数指标如表1。

表1 主要抗剪强度指标

从上游到下游共选取4个断面进行计算，如图3，图4的剖面4～7，2#潜在不稳定体的整体安全系数，由各个剖面的安全系数按所占体积权重加权平均求得。滑面形式为折线形，底滑面指定为F201，剖面4，5后缘指定为F279，剖面6，7为自动搜索。

Ⅱ区各工况稳定系数计算结果如表2。

表2 Ⅱ区稳定系数计算成果

整体安全系数可以满足要求，但是剖面4，5的降雨工况安全系数小于1。由于底滑面在二期正常蓄水位以下，将经常处于饱和状态，要求剖面4，5安全系数加固至大于1。加固方式初步考虑抗滑桩和锚索。经造价比较，达到相同安全系数的前提下，选用抗滑桩投资是锚索的2.8倍，故选用锚索加固。经计算，将安全系数达到1以上，剖面4需要2000kN、锚索共9排，剖面5需要2000kN、锚索共10排，间距均为4m。

3.2 浅层稳定分析

对上部Ⅱ2区，采用摩根斯坦—普赖斯法（Morgenstern-Price）。选取3个剖面进行计算，如图3剖面1～3，滑面形式均为圆弧形。Ⅱ2区各工况稳定系数计算结果如表3。

表3 Ⅱ2区稳定系数计算成果

Ⅱ2区安全系数均满足要求。

图4 深层滑动计算剖面

4 结语

（1）坝址区地质条件复杂，岸坡岩体风化卸荷作用强烈，岩体破碎。左岸开挖平硐时出现塌方，745平台上方出现多条裂缝，前期勘察认为左岸边坡已达临界稳定状态。补充勘察根据新增探硐所揭露，2#潜在不稳定体并未产生过整体滑动，目前也没有整体滑动的迹象。裂缝成因为表层强卸荷岩体倾倒变形，而非整体滑动。随着地质勘探的深入，对边坡的认识也逐渐加深。

（2）边坡岩体的潜在失稳模式为：深层Ⅱ区可能出现以F201，F279，F35为边界的整体滑动，表层Ⅱ2区为碎裂、散体结构，可能出现圆弧式滑动。

（3）2#潜在不稳定体降雨工况安全系数达不到规范要求，上游侧稳定性较差，选用锚索加固。锚索集中布置于上游侧坡脚，加固以后，边坡稳定达到要求。

［1］SL386—2007，水利水电工程边坡设计规范［S］.

［2］王玉宝.新疆精河下天吉水库左岸趾板边坡2#不稳定（岩）体评价［J］.中国地质灾害与防治学报，2003（6）：119-121.

［3］杨青.新疆精河下天吉水库2#不稳定体稳定计算分析［J］.西部探矿工程，2014（9）：20-25.

［4］明德巴依尔.下天吉水库滑坡体成因分析与整治［J］.西部探矿工程，2013（8）：95-96.

［5］中国水利水电科学研究院.新疆下天吉水库工程拦河坝左岸边坡稳定分析及加固处理方案专题研究［R］.2012.

（责任编辑：尹健婷）

Research on the stability of the high slope of Xiatianji Com p lex

HE Nan，DAICui-qin，YAO Shuai-qiang
（Yellow River Engineering Consulting Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，China）

Xiatianji Complex is located in Jinghe，Xinjiang Uygur Autonomous Region.The dam site area has a complicated geological condition，and the high slope on the left bank is always a threat to the dam safety.It is deemed that this high slope has reached its critical stable state based on the early geological exploration.Being supplemented by the later geological exploration，it is thought that no whole sliding occurred to this high slope in the history，and the current situation is stable；however，itmay become unstable after reservoir impoundment.Based on the above consideration，it is necessary to conduct stability analysis on the high slope and select suitable reinforcementmeasure.

XiatianjiComplex；high slope；reinforcement

TU457

：B

：1672-9900（2017）04-0016-03

2017-05-08

何 楠（1982-），男（汉族），河南杞县人，工程师，主要从事水利水电工程水工结构设计工作，（Tel）17719820753。