寶興邊坡穩(wěn)定性評價及工程治理論文新

1、Stability analysis and reinforcement for intake slope of Baoxing hydropower station張富榮 （中國水電顧問集團西北院工程地質(zhì)勘察研究所 730050）摘要：本文通過總結(jié)寶興水電站進水口邊坡穩(wěn)定性分析和治理的成功經(jīng)驗，簡單介紹了由破碎巖體構(gòu)成的特殊巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和治理的方法和措施。該邊坡由塊狀結(jié)構(gòu)的破碎巖體組成，它的破壞既不屬于順層滑動，也不同于結(jié)構(gòu)面組合滑動或反坡向傾倒、崩塌等，與滑坡的最大區(qū)別在于無統(tǒng)一的滑動面。對該邊坡的穩(wěn)定性分析，首先在進行工程地質(zhì)分區(qū)的基礎(chǔ)上，確定了潛在的滑移邊界，采用計算程序進行反演

2、分析，最終確定最危險滑移面，根據(jù)巖體和結(jié)構(gòu)面的特性選取參數(shù)進行計算。通過計算結(jié)果，確定了較為合理、可行、可靠的治理方案，取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：邊坡 穩(wěn)定性分析 治理 Abstract: Through the successful experience on the Stability analysis and reinforcement for intake slope of Baoxing hydropower station ,This article simply introduced the method how to research on the Stability anal

3、ysis and reinforcement of special rock slope constituted by cataclastic rock. This slope is neither belong to bedding slip, nor sliding by association of structural plane or overturn in counter-inclined structure , the biggest difference of landslide is the slope have not the uniform slip face . Sta

4、bility analysis on this slope , The writer firstly defined the potential slip face, and use Geo-slope for inversion analysis, finally determine the most dangerous slip face, and choose parameters which based on the characters of rockmass and structural plane to calculate the stability. Rely on the r

5、esult of calculation, obtained good effectiveness by the proper,feasible,credible reinforcement.Key words: slope Stability analysis reinforcement1工程簡介寶興水電站位于四川省雅安市寶興縣境內(nèi)的寶興河主源東河上，是該流域梯級開發(fā)中的第三級電站，主要由攔河閘壩、引水隧洞、調(diào)壓井和地下廠房等組成。閘壩建在軟基上，設(shè)計最大壩高28m，正常蓄水位1352m，引水隧洞沿左岸傍山布置，全長 ，設(shè)計最大水頭345m，地下廠房裝機4臺，總裝機容量195MW。電站進水口

6、布置在左岸，S210改線公路從進水口頂部通過，進水口底板高程，開挖坡比1：0.4，公路路面高程，開挖坡比3：1（見圖1），原始岸坡坡比1：1。在邊坡開挖中發(fā)生塌方，且隨著開挖面擴大，坍塌范圍不斷向上游及后緣擴大，形成了高達154m的邊坡，坡體產(chǎn)生了明顯的拉裂變形跡象，給公路和進水口的施工及運行帶來了嚴重影響。2邊坡地質(zhì)概況壩址區(qū)河流總體流向為NW300°，在壩前轉(zhuǎn)為SN向。邊坡處于河流凹岸，平面上呈“簸箕”狀（圖2），上、下游各發(fā)育一條沖溝，前緣高程1390m為S210公路，后緣高程1510m為一56m的圈椅狀破裂壁。邊坡縱向坡度約50°，橫向（順河方向）呈鋸齒狀起伏。前期

7、勘察資料表明，在1400m高程以上為第四系全新統(tǒng)坡積（Q4dl）碎石土零星覆蓋，坡積層厚1015m。1400m高程以下出露元古界澄江晉寧期第四期花崗巖（2(4)），基層呈塊狀構(gòu)造，碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，圖1 設(shè)計邊坡開挖圖 完整性差。地表有深1015m的強風化層和1023m的卸荷帶。由于地層古老，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，巖體中斷裂構(gòu)造發(fā)育。其中F2斷層從左岸壩前通過，沿邊坡下游側(cè)沖溝展布，走向NE50°，傾向NW，傾角67°，與岸坡斜交，傾上游偏岸外，破碎帶寬度，由角礫巖、糜棱巖及斷層泥組成，上盤巖體破碎。發(fā)育的裂隙主要有四組（見表1），除第組與邊坡走向近平行外，其余均于邊坡走向斜交，

8、第、組是控制邊坡穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)面。工程區(qū)屬內(nèi)陸亞熱帶氣候，降雨頻繁，尤其在69月份暴雨和特大暴雨較多，多年平均雨量984mm，最大日降雨可達，由此引發(fā)的滑坡、崩塌、泥石流較為多見。 表1 表邊坡裂隙分組表走向分組產(chǎn)狀寬度（mm）基本特征連通率（%）走向傾向傾角NENEE40°75°NW4767°520巖屑、巖粉，局部夾泥，成組發(fā)育80NWNWW275°320°NE45°75°0.55巖屑、巖粉、夾泥5060NNW330°355°SW40°60°35巖屑、巖粉3040NNE0°

9、30°SE60°80°0.33巖屑、巖粉，局部夾泥5103邊坡工程地質(zhì)分區(qū)及潛在滑移邊界的確定根據(jù)邊坡的地形、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖體完整性及潛在滑移體特征，劃分了區(qū) （極易滑動區(qū)）、區(qū)（易滑區(qū)）、區(qū)（相對穩(wěn)定區(qū)）和區(qū)（穩(wěn)定區(qū)）四個區(qū)（圖2、圖3）：（1）I區(qū)（極易滑動區(qū)）：位于上、下游沖溝間斜坡中部。表部為厚約34m的第四系坡積碎石土，下伏強風化、呈碎裂散體結(jié)構(gòu)的花崗巖，滑移變形跡象明顯。 圖2 邊坡現(xiàn)狀素描圖（2）區(qū)（易滑區(qū)）：后緣及上游側(cè)部分及區(qū)塌滑后的殘留部分。后緣表層為坡積層碎石土厚度312m，下伏巖體較破碎?？可嫌蝹?cè)部分，表部巖體全風化，呈散體結(jié)構(gòu)，間夾泥質(zhì)。區(qū)

10、殘留，體巖體，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)。后緣周邊發(fā)育第組：NE4465°，傾NW， 4560°裂隙與SN，傾W，5065°組裂隙追蹤剪切，形成了后緣的滑移控制面 。（3）區(qū)（相對穩(wěn)定區(qū)）：為沖溝及前緣中部一帶，巖體為強弱風化、 碎裂鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育F2、L2、L1等結(jié)構(gòu)面，塌滑后圖2 邊坡工程地質(zhì)地質(zhì)平面分區(qū)圖形成鋸齒狀地形。 （4）區(qū)（穩(wěn)定區(qū)）：1390m高程以下至坡腳。表層相對破碎部已塌落或已被挖除，殘留部分完整性較好，呈鑲嵌塊狀結(jié)構(gòu)。 4.邊坡穩(wěn)定性分析4.1影響邊坡穩(wěn)定的主要因素及破壞機制眾多工程實踐證明，引起邊坡失穩(wěn)的原因很多，但歸納起來無不與邊坡本身所處的地形條件

11、、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素和水的活動、人工開挖、地震、爆破等外在因素有關(guān)。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查和定性分析，該邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)的主要原因是由于地形高陡、構(gòu)造發(fā)育、巖體風化破碎，此外，更重要的原因是由于公路開挖，導致邊坡臨空加劇，坡腳產(chǎn)生應力集中，前緣沿破碎巖體發(fā)生剪切破壞而局部塌滑，同時，因地表植被遭開挖破壞，破碎巖體裸露地表，暴雨地表水直接入滲坡體，使巖體及結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì)降低，坡體自重應力增加，邊坡上部巖體產(chǎn)生變形、拉裂。根據(jù)以上分析認為，其破壞機制屬淺層蠕滑拉裂變形破壞。4.2邊坡穩(wěn)定性驗算4計算方法和邊界條件確定由于邊坡巖體風化強烈，破碎嚴重，經(jīng)過蠕滑拉裂破壞，坡體的整體性遭到進一

12、步破壞，塊體間基本上失去了咬合力，巖體的內(nèi)聚力降低，其破壞模型近于松散邊坡的破壞模式，因此，計算采用了國際上廣泛應用的邊坡穩(wěn)定計算程序。首先根據(jù)塌滑后邊坡的現(xiàn)狀，假定若干滑動圓弧并一一進行穩(wěn)定性反演分析，最后自動搜尋最危險滑弧(即穩(wěn)定安全系數(shù)最小)，求得最小的穩(wěn)定安全系數(shù)，在以下三種條件下進行穩(wěn)定性計算。以反算所得滑弧為邊界條件，以巖體的力學指標試驗值為基礎(chǔ)給出滑弧巖體參數(shù)進行穩(wěn)定性計算；選擇F2和第組等不利結(jié)構(gòu)面為邊界條件，以結(jié)構(gòu)面參數(shù)進行穩(wěn)定性計算；根據(jù)地質(zhì)分析確定的潛在滑移面為邊界條件，巖體的綜合參數(shù)適當折減后進行穩(wěn)定性計算。4計算剖面和參數(shù)選取計算時選取通過已塌滑部分最長的2-2剖面和

13、通過最高拉裂縫的3-3剖面為計算斷面，選取以下參數(shù)進行計算。巖體：c=0.150.20，f=0.500.55；F2：c=0.050.10，f=0.350.40；組結(jié)構(gòu)面：c=0.100.15，f=0.400.45；覆蓋層（Q4）：g20KN/m3，c=10KPa，f=0.35；松動巖體：g25KN/m3，c=100KPa，f=0.50；4計算結(jié)果和穩(wěn)定性評價對已滑部分采用以上反演分析方法計算結(jié)果：最危險滑面前緣剪出口在1371m高程左右，后緣拉裂點在1450m高程左右，將計算的拉裂點位置與現(xiàn)場情況對比，結(jié)果比較吻合，說明采用的程序和計算參數(shù)是合適的。對于未滑邊坡按上述三種假定條件進行計算，結(jié)果

14、如下表2。表2 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計算條件不同計算斷面下的Kc值2-2剖面3-3剖面由表中計算結(jié)果可知：在第、第種條件下求得的Kc值均較小，說明邊坡在此種狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若考慮暴雨或其它因素的影響，隨時有可能產(chǎn)生塌滑。而在第種條件下，Kc值均稍大于1，說明邊坡相對穩(wěn)定，塌滑破壞的可能性較小。由于3-3斷面覆蓋層較厚、范圍較大，人工開挖坡角以上坡面臨空比較嚴重，表層植被被破壞，邊坡的穩(wěn)定性更差。5邊坡治理措施根據(jù)對邊坡的穩(wěn)定性分析，確定了治理方案，其治理原則是按不同部位、不同高程、不同的穩(wěn)定狀況采取相應措施（見圖3）。（1）削坡減載和周邊排水：主要針對邊坡上部區(qū)和表層的第四系覆蓋層及強風化松

15、散巖體，達到減輕整個邊坡的荷重的目的。同時，為了保護整個邊坡不受大的流水侵蝕，在周邊設(shè)置了混凝土排水溝。（2）系統(tǒng)錨桿和掛網(wǎng)噴護：主要針對區(qū)和區(qū)下伏相對較完整巖體，在1400m高程以上坡面，采用掛網(wǎng)噴護及系統(tǒng)錨桿加固，錨筋直徑25（二級鋼筋），長3m，間排距2×2m，掛網(wǎng)鋼筋為8（一級鋼筋）間距20cm×20cm，噴混凝土8cm，并設(shè)80mm反濾排水管，深度不小于6m，上仰角不小于5°，間排距3m。局部破碎地段采用了自進式錨桿。（3）混凝土框格梁和預應力錨索：主要針對1400m高程以下區(qū)，采用砼框格梁，在結(jié)點處設(shè)100t級預應力錨索，圖3 邊坡治理平面布置圖共14

16、根，分上下兩層布置，以增強邊坡巖體的整體性和抗滑性能。（4）坡腳擋墻和公路排水：為了防止前緣進一步坍塌，在坡腳設(shè)置高為3m的重力式漿砌塊石擋墻，以保護坡腳。并在坡腳公路里側(cè)設(shè)置混凝土排水溝，并與周邊排水溝構(gòu)成排水系統(tǒng)（圖3、圖4）。6 治理后邊坡的穩(wěn)定分析為了定量評價治理后的邊坡穩(wěn)定性，首先在清除表層松散體后，仍采用上述方法進行了計算，計算結(jié)果表明，邊坡的穩(wěn)定性有明顯的提高，通過進一步的掛網(wǎng)噴錨加固后，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)（表3）均滿足計要求，且有較大的安全裕度，保證了邊坡的永久穩(wěn)定性。通過一年來的監(jiān)測資料和運行證明，邊坡的穩(wěn)定性良好，變形量遠遠低圖4 處理后的邊坡照片于設(shè)計允許值，治理取得了良好的

17、效果。表3 清除覆蓋層后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計算斷面2-2剖面3-3剖面結(jié)束語(1)邊坡穩(wěn)定問題是水利水電工程中常見的工程地質(zhì)問題，本文所探討的是由于工程開挖形成的高邊坡的穩(wěn)定問題。該斜坡在開挖前是穩(wěn)定的，隨著開挖邊坡的形成，前緣產(chǎn)生局部坍塌，由于未及時采取措施，使坍塌范圍不斷擴大，最終形成了154m的高邊坡，給公路和電站的施工和運行造成了嚴重影響，不得不采取徹底的治理措施。（2）通過地面地質(zhì)調(diào)查和分析，首先依據(jù)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及巖體結(jié)構(gòu)等對邊坡進行了工程地質(zhì)分區(qū)，根據(jù)不同的分區(qū)確定了潛在的滑移面和地質(zhì)參數(shù)，進行了反演分析和穩(wěn)定性計算。計算結(jié)果較真實的反映了該邊坡的現(xiàn)狀，為邊坡的治理提供了可知依據(jù)。（3）根據(jù)定性和定量的分析，在不高程、不同部位分別采取了不同的處理措施，通過綜合治理，達到了