基于变电站边坡稳定性分析及工程设计探究

汤冬生

摘 要：变电站的边坡稳定性一直以来都是变电站关注的重点问题。为了避免边坡由于变形、失稳给变电站带来工作上的困扰，现通过在现场的工程地质勘察，了解到施工区域的地层岩性以及地质构造特征，并且在这里我们运用了赤平投影的办法对边坡的稳定性做了定性分析，经分析，中风化岩质坡整体呈现稳定态势，而局部已经破碎的强风化岩以及不利结构面需做相关处理。与此同时，运用有限元数值模拟法计算了变电站的边坡稳定性，结果证明边坡整体稳定，但在遇到突发情况，如遇暴雨的话边坡的安全系数达不到要求。本文针对边坡整体稳定性进行评价分析，并综合工程实际情况给出了相对应的支护治理措施，已取得了较好的治理效果并给变电站带来了良好的经济效益。

关键词：边坡勘察；边坡稳定性分析；边坡治理

中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0158-02

自从党中央通过十二五规划决策以来，我国各个领域及综合国力都得到了相应的提升，经济方面的进步尤为显著，经济作为基础，其发展给予了各行各业强大的物质支撑，电力能源发展成为支撑我国经济发展的重要能源之一，在十二五规划的指导下，电力行业得到了长足发展。为了满足人们的日常所需及社会生产需要，建设水电站工程已经成为了电力基础建设的关键一环。但是，工程的建设受到各类内在与外在因素的制约，内在因素中，建设水电站及配套设施的高标准要求；外在因素中自然因素如地形、山体结构等的制约对水电站的建设影响较大。

1 工程概况

1.1 地形地貌

如图1所示方法，将挖方边坡修建在变电站的东边。可以看出，场地地貌的特征与低山斜坡地带相似。当挖方山体竣工后，将会产生一个长度为80米，斜坡高度为40米，斜坡角度为45左右的岩土体挖方边坡。

1.2 地层岩性

根据开挖山体的边坡暴露出来的的岩体以及钻头钻出来已探明的岩土层地质特性由外到里分别是：（1）崩坡积碎块石土（Q4col+dl）：呈黄褐色，从外到里由松散到稍密，厚度約为1到3米，碎、块石约占百分之50到60，粒径以15到25厘米为主，呈现棱角状到次棱角状。（2）冲洪积碎块石土（Q4al+pl）：呈黄褐色以及灰褐色，由中密到密实状，主要为密实状，厚度大约为2.9到9.5米，碎、块石含量约占百分之50到80不等，粒径以15至40厘米为主，呈现次棱角状到次磨圆状。（3）全风化变质砂岩：呈灰紫色，为全风化，原来岩石的结构构造基本破坏，形状为砂土状，局部可以看见强风化碎块，粒径大约在2到5厘米，厚度约为0.5至6.5米。（4）强风化变质砂岩：与全风化变质砂岩一样呈现灰紫色，强风化，构造为层状，岩芯为块状，节理发育，岩层厚度约为0.6到4.1米。（5）中风化变质砂岩：呈灰紫色，风化状态为中风化，构造主要是中-厚岩层构造，岩芯呈柱状，节长5至13厘米，节理较发育，钻探过程中由于钻孔达不到需要的深度，层厚具体为多少还不了解。

1.3 地质构造

山体边坡挖方的基岩有出露，岩层产状大概是SE160°∠40°，其走向接近与边坡垂直，顺层的节理较为发育。主要有下面这三组优势节理：（1）SE150°∠50°，发育最为理想，发育的密度为每一米1条，微张，延伸比较短，跟边坡相交的角度较大，稍倾向于山体，多数沿着层面发育；（2）SW195°∠40°，发育的密度为每一米0.5条，节理微张，延伸比较短，跟边坡相交角度较大；（3）SW235°∠80°，节理少许闭合，延伸短，跟边坡相交的角度小。现场揭露的断层主要有下面这三组断层：D1，断层产状为NE30°∠85°，宽度大概在0.1至0.4米；D2，断层产状为NE25°∠55°，宽度大约在0.05至0.25米之间；D3，断层产状为SE150°∠75°，宽度为1.0至3.0米。断层填充物主要为碎裂岩和角砾岩，其上下盘面见构造泥。

2 边坡的稳定性分析以及评价

2.1 边坡稳定性分析

根据钻孔得到的数据进行分析，变电站挖开后的边坡自上而下一次为：碎块石土（厚度约为9至12.5米）、部分全风化夹强风化的块石岩层（厚度为0.5到6.5米）、强风化岩层（厚度为0.6到4.10米）以及中风化岩层。设计开挖的边坡高度大概是30到40米，开挖边坡的上半部分是土质坡，它由碎块石土和全风化层组成。其中上部碎石土的厚度大概为2至3米，碎土石的结构较为松散，稳定性稍差，受地下水的影响比较大，会比较容易失稳，要做支护处理。中下部的碎块石土相对来说密度大，有较好的稳定性。全风化层从力学角度讲力学强度不够，遇水容易软化，稳定性稍差，同样需要做相应的支护处理。据钻孔揭露，开挖的山体边坡下半部分的边坡岩质以中度风化岩体为主，部分为强风化岩。其中占主体的中风化岩体的节理比较发育，但完整性稍差；岩层呈厚层状，产状为SE160°∠40°，与边坡相交的角度较大，岩层层理发育，延伸比较短，因此对于边坡的整体稳定性影响小；断层D1、D2与边坡相交角度大，靠近山体边坡，对边坡稳定性影响也较小；断层D3与边坡大角度斜切，倾角大，并倾向于山体，同样对边坡整体稳定性影响较小；节理（2）斜切边坡角度较大，倾向偏坡外，因此对边坡的稳定性影响较大，节理（3）倾角大，从而对边坡的稳定影响较小。现对山体边坡的结构面进行了赤平投影组合分析，没有发现对工程不利的楔形体，结果表明中风化岩质边坡的整体稳定性不错，而对于局部已破碎的强风化岩和不稳定的结构面需要进行锚固处理[1]。

2.2 边坡稳定性计算

经过上文对边坡各部分岩质的分析计算，没有发现不稳定的结构面组合，边坡整体表现为稳定。通过运用stab土质边坡分析软件对能够代表整个山体的边坡剖面的稳定性计算。结果表明边坡整体工况长时间呈现稳定状态，然而在遇到暴雨的工况下，边坡的安全系数达不到规范要求。所以边坡需要进行相关的支护治理。

3 边坡治理措施

3.1 截排水措施

为了避免坡顶汇集的地表水对坡面的冲刷以及对边坡各个节理缝隙的渗透，在边坡顶面应当修建尺寸为60×60厘米的截水沟，并修筑宽80厘米，间距30米的急流槽。还应在两者之间的交汇处建卸力池防止被冲刷。设计要求应与排水工作紧密结合，施工前要做好排水工作。现场工作人员在浆砌块石时要错缝砌筑，并且每隔15米应设置一条伸缩缝。

3.2 锚固支档措施

（1）坡面修整。搭建脚手架，在做好施工安全措施的前提下，将可见、松散的岩块和岩渣清理排除，将坡面进行平整；对边坡不稳定的地方进行加固处理；对岩层之间比较的大缝隙进行灌浆或勾缝处理。（2）安装泄水孔。在边坡需要进行泄水的地方设置相应数量的泄水孔。（3）锚杆钻孔注浆。首先喷射第一层厚约5厘米的C20混凝土，喷射的混凝土每一段间隔在10至15米，段与段之间还要设置宽2厘米的伸缩缝，以沥青防水材料作为填充物。接着使用汽腿式凿岩机进行钻孔工作，孔径控制在50毫米。锚杆使用标号16的钢筋，锚杆用M30灌浆，间距为1.5×1.5米，呈梅花形布置。（4）挂网。编织好网孔为20×20厘米的钢筋网。其与锚杆的交接处要特别注意，需电焊加固并用铁丝扎绑，钢筋网还要注意与混凝土表面紧贴。（5）第二次喷射混凝土。第二层C20混凝土应当等第一层完全凝结之后再进行喷射，并保证5厘米的厚度和表面光滑。喷射2小时后应浇水进行养护，并保证每天不少于4次，养护时间不得少于7天。

4 结语

实际施工时，应该先对边坡进行勘察再做稳定性分析，综合实际情况，用定性及定量的综合分析评价方法，再根据得到的结果，科学、合理、有效地进行设计，以防盲目施工，浪费成本。这样才能够使变电站安全、经济地进行工程建设，在工程得到安全保障的前提下使利益达到最大化。

参考文献

[1]李双平.边坡稳定性分析方法及其应用综述[J].2010，（20）：12-15.