拉路河水库工程大坝深层抗滑稳定分析及处理措施

姜彦作，王兆括，陈仁宏

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳 550081）

1 工程概况

贵州省织金县拉路河水库位于织金县东部牛场镇拉路河村境内，长江流域乌江水系三岔河一级支流拉路河上，拟建坝址距牛场镇政府所在地约2.3 km，距织金县城约47 km，距贵阳市110 km。水库建成后为织东协作发展区和龙场镇14 万城镇居民生活生产供水。坝址以上控制流域面积151 km2，主河道河长28.1 km，主河道比降9.04‰，坝址处多年平均流量4.09 m3/s，多年平均年径流量1.29 亿m3。水库校核洪水位1 256.20 m，相应的总库容为2172 万m3，正常蓄水位1 255.00 m，相应的库容为2034万m3，死水位1235 m，死库容494万m3，兴利库容1540 万m3，调节库容1540 万m3，库容系数0.12，为年调节水库。工程规模为中型，混凝土重力坝是该水利工程的主体建筑物。

2 工程地质条件

坝址区河段两岸基岩裸露，强～弱风化，完整性较差～较好，河床及两岸谷坡广泛分布有崩坡积、残坡积层和冲洪积物。库区内的主要出露第四系冲积层（Q），基岩仅三叠系夜郎组二段（T1y2）地层出露，多分布于两岸陡崖峭壁及河床部位，岩性为深灰～灰黑色薄层至中厚层灰岩，局部夹极薄层的泥岩、炭质泥岩。

坝址区出露基岩地层整体产状N53°W/NE∠4°～6°，倾向上游偏左岸。坝址区内节理裂隙发育，主要发育3组节理：第I组节理平均产状为N50°W/SW∠75°，节理密度为3～5 条/m，为优势结构面；第II 组节理平均产状为N35°E/SE∠78°节理密度为1～2 条/m；第III组节理平均产状为N55°W/NE∠75°，节理密度为1～3 条/m。坝址区内第I 组、第II 组、第III 组，结构面为陡倾结构面，缓倾角结构面为层面。根据层面与裂隙的组合，坝基抗滑稳定主要可能发生深层抗滑稳定问题。

3 深层抗滑稳定分析

3.1 深层抗滑分析

坝址区存在3 组裂隙，但均不构成重力坝潜在滑移面的风险。由于岩层结构面基本呈平层，倾角为0.37°，造成重力坝有沿着岩层结构面进行滑动的可能，从而剪断下游岩体，发生失稳破坏[1，2]。

3.2 滑动模式

深层滑动模式，上游拉裂岩体或沿垂直河向裂隙面（II组）为上游拉裂面，以顺河向裂隙第I、III 组节理面为侧向切割面，以岩层层面为底滑面，下游剪断岩体。深层滑动模式为双滑动模式[3，4]（见图1）。根据图1，层面为T1y2-1碳质泥岩夹层层面，下游剪断岩体为T1y2-1薄层灰岩。

3.3 计算假定和计算方法

计算深层抗滑稳定方法为刚体极限平衡法。

深层滑移模式计算公式：

图1 重力坝深层滑动模式

式中：K为抗滑安全系数；W为作用在坝体上的全部竖向荷载（不含扬压力）；G为岩体ABC的自重；U为作用在BC 面上的扬压力；C′为滑面的抗剪断粘聚力，该工程取50 kPa；A为滑面面积；f′为滑面的抗剪断摩擦系数；α为滑面与水平面夹角，本工程岩层倾向上游约0.37°（视倾角），因此计算时偏安全考虑α取0.37°。

3.4 计算工况和相关参数

3.4.1 计算工况

本工程坝体深层稳定分析的荷载组合分基本组合、特殊组合两种：

（1）基本组合。工况①：水库正常蓄水位+相应下游水位+自重+静水压力+扬压力+淤沙压力+浪压力+下游岩体自重；工况②：水库设计洪水位+相应下游水位+自重+静水压力+扬压力+淤沙压力+浪压力+下游岩体自重。

（2）特殊组合。工况③：水库校核洪水位+相应下游水位+自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力+下游岩体自重。

3.4.2 水位及淤沙参数

本工程校核水位为1 256.20 m，下游水位1 220.16 m，设计和正常水位为1 255.00 m，下游水位分别为1 218.14 m 和1 217.43 m；淤沙高程为1 229.70 m，淤沙浮容重为1.2 g/cm3，内摩擦角为8°；坝体混凝土容重为2.4 g/cm3。

3.4.3 岩体力学参数

拉路河水库岩体物理力学参数见表1，结构面力学参数见表2。

表1 拉路河水库坝址区岩体物理力学参数建议值

表2 拉路河水库坝址区结构面力学参数建议值

3.5 计算结果

滑动模型见图2。首先搜索下游剪断岩体最危险角度β，本工程深层抗滑具有双滑动面，AB 面为近水平的岩层层面，BC 面为剪断基岩面，β 角为经搜索计算出的最危险滑面角度，在该角度下抗滑安全系数最小。

图2 坝基深层滑移模式详图（不设齿槽）

若剪断基岩滑出，当下游抗力体所提供的抗力最小时，所对应的滑出角度为最危险滑面角度，经试算，河床坝段抗滑安全系数最小的滑出角度为35°（与水平面的夹角β值）。计算结果见表3。

表3 下游岩体最危险滑动角度β计算结果

由表3 可知，最危险滑面角度为35°，同时给出各工况下沿危险滑移角度滑动的安全系数。计算结果见表4。

表4 坝基深层抗滑稳定计算成果表（未设齿槽）

计算结果表明：未对大坝基础进行处理时，各工况重力坝深层抗滑安全系数均小于规范要求最小值，无法满足稳定要求。

4 处理措施

4.1 钢筋桩方案

钢筋桩方案施工工期长，施工难度大，无法在一个施工期完成基础施工，且钢筋桩安全裕度无法保证，因此，本阶段放弃钢筋桩基础处理方案。

4.2 预应力锚束方案

该工程相对国内其他大型工程而言，其工程规模较小，资金投入少，采用预应力锚束方案，须要求专业施工队伍，且工程处理费用较大。因此，放弃了用预应力锚束进行基础处理的方案。

4.3 齿槽方案

采用齿槽方案[5]进行处理的最大优点在于：处理方案稳妥，施工方法简便，无须专业施工队伍，且本工程齿槽尺寸不大，可以保证在一个枯水期完成齿槽开挖，保证施工进度。因此，本工程推荐齿槽方案，由于岩层倾向上游，故在坝趾处设置齿槽。齿槽方案重力坝剖面图见图3。设置齿槽后，稳定计算结果见表5。

表5 坝基深层抗滑稳定计算成果表（设齿槽）

计算结果表明：设置齿槽后，各工况重力坝深层抗滑安全系数均大于规范要求最小值，满足稳定要求。

5 结语

（1）经过试算，当下游滑出角β 在35°时，本工程重力坝深层抗滑安全系数最小。

（2）通过深层抗滑稳定和方案比选，最终确定齿槽加固方案。通过在重力坝坝趾处设置齿槽，更好的保证大坝深层抗滑稳定。

图3 齿槽方案重力坝剖面图

（3）重力坝是按照刚体极限平衡法，作为平面问题来计的。没有考虑岩体侧向切割面上的抗切力，这样可使得计算的结果有一定的安全富余，对重力坝稳定是有利的。