琼中抽水蓄能电站下水库进出水口边坡稳定性分析

罗波 李强 黄团伟

中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 湖南 长沙 410000

琼中抽水蓄能电站位于海南省琼中县，电站装机3台单机容量为200MW的混流可逆式水泵水轮发电电动机组，为二等大(2)型工程。可行性研究阶段，在下水库进出口部位附近勘察过程中，揭露规模较大缓倾角断层，将对进出水口边坡和稳定性产生影响。因此，分析下库进出水口边坡在各类工况下的稳定性以及处理方案，关系到电站施工期和运行期的安全。

1 工程地质概况

下水库进/出水口布置在距离大坝上游440m的右岸凹岸处，自然坡度29°，地表分布厚约5m的残坡积粉砂质黏土夹碎块石，全、强风化岩体下限埋深分别为10m～13m、15m～17m。F19、F20缓倾角断层与洞轴大角度相交，顺洞脸边坡产出，F19断层上盘影响带宽达28m，岩体风化深，完整性差[1]。

2 计算参数

根据地质勘察报告的试验成果，下水库进出水口地层主要分为第四系的残坡积土及不同风化程度的含砾砂岩，边坡稳定性计算时岩土体力学参数：

残坡积土γ=19kN/m3γsat=20kN/m3、C天然=25kPa、φ天然=20°、C饱和=20kPa、φ饱和=18°；

全风化砂岩γ=18.5kN/m3γsat=19.5kN/m3、C天然=28kPa、φ天然=24°、C饱和=23kPa、φ饱和=20°；

强风化砂岩γ=25.6kN/m3γsat=25.9kN/m3、C天然=200kPa、φ天然=26°、C饱和=150kPa、φ饱和=24°；

断层夹泥层：C天然=35kPa、φ天然=17°、C饱和=30kPa、φ饱和=15°[2]。

3 边坡稳定性计算分析方法的比较

条分法迄今已有80年的历史了，计算方法已日趋完善。各种条分法的基本出发点都是一样的，就是假定土体是理想塑性材料，把土条作为一个刚体，按极限平衡的原则进行力的分析，完全不考虑土体本身的应力-应变关系。各种方法最大的不同之处仅仅在于相邻土条之间的内力作何种假定，也就是如何增加已知条件使超静定问题变成静定问题。这些假定的物理意义是不一样的，所能满足的平衡条件也不相同。计算步骤有简有繁，在使用时必须注意它们的适用场合[3]。

4 边坡稳定性计算分析

采用极限平衡方法对下水库进出水口边坡不同工况（持久工况、短暂工况、偶然工况）条件下进行整体及局部稳定性进行计算分析，搜索最危险滑面及其安全系数，分析边坡稳定性及潜在滑移破坏模式。

4.1 计算剖面

在下水库进/出水口纵坡方向选取3个(5-5、6-6、7-7号)纵剖面进行边坡稳定性计算，地层自上而下依次为第四系残坡积层，全风化、强风化、弱风化含砾砂岩。边坡内F19、F20缓倾角断层发育，断层破碎带宽度一般介于0.3～1m之间。

4.2 计算结果

（1）5-5剖面。由于下水库纵剖面存在F19、F20两条断层，计算时断层破碎带的宽度取为0.5m。下水库进出水口边坡5-5剖面在不同工况条件下的计算结果见表1。由5-5剖面的计算结果可以看出：不考虑断层的影响时，搜索的最危险滑面位于其上部的强风化含砾砂岩岩层中，三种工况条件下，由极限平衡法得到的边坡的安全系数均满足规范要求。

考虑断层F19对边坡的影响时，沿着边坡内F19断层破碎带滑动的边坡安全系数较低，各工况条件下边坡的安全系数均不能满足规范要求。由此可以看出：影响下水库进出水口边坡稳定性的控制性因素为边坡内发育的F19断层破碎带的力学特性。

（2）6-6、7-7剖面。由5-5剖面极限平衡稳定性分析的结果可以看出，影响下水库进出水口边坡稳定性的控制性因素为F19断层破碎带，在进行6-6、7-7剖面计算时仅计算考虑F19断层时的边坡稳定性。下水库进出水口边坡6-6、7-7剖面在不同工况条件下的计算结果见表1。由其6-6剖面的计算结果可以看出：断层上覆岩层、全风化、强风化砂岩厚度较小，三种工况条件下，极限平衡法得到边坡安全系数均满足规范要求，且有较大安全裕度。由7-7剖面的计算结果可以看出：考虑F19断层对边坡的影响时，各工况条件下边坡坡的安全系数均不能满足规范要求[4]。

表1 琼中下库进/出水口边坡稳定性计算结果统计表

5 结束语

（1）下水库进出水口边坡纵剖面纵坡的稳定性主要受F19断层破碎带控制，其潜在可能的破坏模式为沿F19断层产生剪切滑移破坏；其边坡稳定性安全系数不能满足规范要求，需对其采取相应的加固支护措施。（2）下水库进出水口边坡各工况条件下稳定性计算中，短暂工况条件下，由于水位骤降，岩土体中的孔隙水压力不能及时消散而引起超孔隙水压力，使得边坡整体稳定性降低，其安全系数最小；偶然工况条件下，校核洪水位高于蓄水水位，库水压力对坡脚产生一定的压脚效应，在一定条件下其计算安全系数出现较持久工况略高一些的现象。