高陡边坡局部开挖支护对边坡稳定性影响分析
2017-10-18张小刚张栏馨
张小刚，张栏馨
（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051；2.昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明650500）
高陡边坡局部开挖支护对边坡稳定性影响分析
张小刚1，张栏馨2
（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051；2.昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明650500）
某大型水电站近坝库区一高陡边坡局部开挖有临时施工道路，为分析该施工道路开挖及附属支护对边坡稳定的影响，本文采用极限平衡理论，借助SLIDE边坡计算软件对该处边坡进行稳定性分析。通过对比该边坡布置有施工道路+锚索和未布置的情形，研究局部施工道路和锚索对该高陡边坡稳定性的影响。计算表明，局部的开挖和支护对该边坡的整体稳定性影响较小，但对工程扰动附近的潜在滑体有一定影响，锚索对局部滑体稳定有一定加强作用，但影响不太明显。
局部开挖；锚索支护；边坡稳定；高陡边坡
1 概述
边坡位于澜沧江中游河段某大型水电站近坝库区，靠近坝轴线上游约1 km处，为倾倒松弛岩体高陡边坡。该倾倒松弛岩体边坡分布高程范围较大，对水电站混凝土大坝施工及运行潜在威胁较大。因大坝施工需要，在该边坡上修建有临时施工道路，路基开挖对该边坡有所扰动。为分析该临时施工道路对边坡整体稳定性的影响，本文采用极限平衡法对该边坡进行稳定性分析研究[1]，了解该局部开挖道路对边坡整体稳定性的影响，以指导下阶段的工程设计和施工。
2 边坡概况
倾倒松弛岩体边坡高约500 m，分布高程为1 450～1 910 m，方量700×104～800×104m3。该倾倒松弛岩体距离坝轴线近，影响坝基、大坝等1级水工建筑物的安全，属于B类Ⅰ级边坡。
根据前期研究成果，其天然状态下处于基本稳定～稳定状态。水库蓄水后，其整体处于稳定状态，可能的变形破坏型式主要以库岸坍塌的渐进式变形破坏为主。倾倒松弛岩体具有较为独特的复杂变形特征，其底部沿F217-3断层带发生倾倒～剪切滑移变形，斜坡岩体产生较为强烈的倾倒弯曲或折断破裂。变形的形成过程与发展程度，受控于底部F217-3断层带的剪切滑移状况。这种较为特殊的下部倾倒～剪切滑移、上部倾倒弯曲（局部折断）复合式倾倒变形，可定义为受底部滑移变形控制的“倾倒滑移～弯、折”型变形模式。
3 计算参数
3.1 计算剖面
为考察边坡上的局部施工道路开挖及道路支护锚索对边坡稳定性的影响，选择图1所示的典型计算剖面进行计算。
图1 典型计算剖面图
3.2 计算工况及参数
3.2.1 计算工况
1）持久工况：正常运行期—正常蓄水位+蓄水后地下水位。
2）短暂工况：水库骤降—正常蓄水位骤降6 m+蓄水后地下水位；天然工况—蓄水前地下水位；天然工况+暴雨—孔隙水压力按1/4滑块高度水头计算；正常运行工况+暴雨—正常蓄水位+暴雨+蓄水后地下水位。
3）偶然工况：地震期—正常蓄水位+蓄水后地下水位+地震荷载。
只考虑水平地震，取满足边坡抗震概率水准50年超越概率10%的基岩水平峰值加速度0.123g，地震作用的效应折减系数取0.25。
3.2.2 岩体力学参数
根据倾倒松弛岩体的地质特性和地质资料将岩层分层，倾倒松弛岩体以下的弱风化层作为稳定层假定，各层参数见表1。
表1 岩体力学参数计算采用值
3.2.3 计算方法
运用块体极限平衡计算方法，计算程序为加拿大RocScience公司SLIDE5.0版本，分别采用目前应用较广泛的Bishop、简化Janbu、Spencer及Morgen stern-Price法综合计算分析[2]，计算成果取以上方法的均值。
4 计算分析
SLIDE软件使用垂直条块极限平衡分析方法来分析滑动面的稳定性，可分析指定滑面，也可使用自动搜索方法来搜寻给定边坡的临界滑动面。本文按指定滑体或者滑弧进行分析。
4.1 施工道路+锚索对稳定的影响
4.1.1 分析模式
本文选取3组潜在滑移模式进行分析：模式一，滑体位于浅层A区，沿A区及B区变形体之间的变形破裂面和后缘“弯～折”破裂带组成潜在滑移控制面，发生浅层局部剪切滑移；模式二，滑体位于浅层A区及B区，沿B区及C区变形体之间的变形破裂面和后缘“弯～折”破裂带组成潜在滑移控制面，发生浅层局部剪切滑移；模式三，滑体位于浅层A区、B区及C区，沿C区底面变形破裂面及后缘“弯～折”破裂带组成潜在滑移控制面，发生局部剪出破坏模式[3]。
各滑移模式分别计算天然剖面和有实际施工道路+锚索（道路开挖后设置边坡加固锚索）2种情况进行对比分析。各滑移体位置如图2所示。
图2 滑移体位置示意图
4.1.2 计算成果及分析
计算成果见表2。根据表2分析得：
1）滑移模式一布置了施工道路和锚索后，滑体在高高程公路边坡处截断。相比未开挖时计算的安全系数整体偏小，但差别不大，施工道路和锚索对该滑体安全系数影响不大。
表2 潜在滑移模式稳定性计算成果表
2）滑移模式二滑体锚索穿过滑体，布置了施工道路和锚索后，在锚索加固作用下，计算安全系数整体偏高，但数值差别不大，相比开挖对稳定性的削弱，锚索更有利于提高稳定性。
3）滑移模式三布置了施工道路和锚索后，边坡安全系数基本没有变化，主要原因是开挖和锚索不穿过分析滑体，且离滑体较远，对该滑体的影响较小。
4.2 局部锚索对稳定的影响
4.2.1 分析模式
分析考虑边坡上均开挖了施工道路，同时分别取有锚索和无锚索2种模式进行对比分析。计算滑弧位置如图3所示。
4.2.2 计算成果及分析
滑弧3和滑弧4因在蓄水工况会淹没于水下，表3中只列出蓄水前的天然工况和天然+暴雨工况的安全系数。
表3 各潜在滑弧稳定性计算成果表
根据表3成果分析可得：滑弧1中锚索未穿过滑体，滑弧2中锚索穿过滑体的部分很小，在有/无锚索情况下，2滑弧计算出的安全系数基本无影响，反映在计算成果表中的数值差别微小；根据对滑弧3和滑弧4的计算可知，布置锚索后安全系数
图3 边坡布置施工道路示意图
有一定提高，主要因为锚索穿透了滑体，且滑体处于锚索附近，因此锚索对安全系数提高有一定的作用。
5 结语
本文针对大型边坡上局部开挖施工道路的情形，边坡上有/无施工道路+锚索和施工道路开挖后是否布置锚索2种情况进行对比分析，得出以下结论：
1）当施工道路+锚索切断的滑体范围较小时，如图1，2，局部开挖会导致该滑体稳定计算的安全系数略偏小，但差别不大。当施工道路+锚索远离计算滑体时，对边坡局部的开挖及锚索布置对分析滑体的稳定基本无影响。
2）在边坡开挖有施工道路的前提下，当锚索未穿透计算滑体或穿透范围较小时，锚索对滑体稳定基本无影响，表现在安全系数上差别微小。
3）边坡局部开挖位于分析滑体上，且锚索穿透了滑体较大部分时，如滑弧3和滑弧4的情况，锚索对该滑体的稳定起主导作用，对滑体的整体稳定性提高较大。
［1］张萍，田斌.坡稳定性评价研究进展［J］.三峡大学学报（自然科学版），2004，26（3）：254-257.
［2］SL386-2007，水利水电工程边坡设计规范［S］.
［3］刘根亮.澜沧江黄登水电站近坝库1号倾倒变形体的稳定性及其对大坝安全的影响研究［D］.成都理工大学，2010，05，01.
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