天龍湖水電站進水口高邊坡穩(wěn)定性

PAGEPAGE6天龍湖水電站進水口高邊坡穩(wěn)定性研究分析摘要：對天龍湖進水口高邊坡工程地質特點的分析，采用多種分析方法對高邊坡的穩(wěn)定性進行計算，提出對其處理方案。其分析思路和成果供其他類似的邊坡治理提供了一定的經驗和思維方法。關鍵詞：堰塞湖、高邊坡、高烈度區(qū)、穩(wěn)定安全系數(shù)1.前言天龍湖水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州茂縣較場鄉(xiāng)(現(xiàn)為疊溪鎮(zhèn))境內，岷江上游太平至兩河口河段，是該河段梯級開發(fā)方案規(guī)劃的第二級電站。該電站設計裝機容量18×104KW。電站主要建筑物有大壩、引水隧洞及廠房等。電站大壩即為1933年疊溪地震所形成的小海子天然堰塞壩，引水隧洞進水口位于小海子天然壩址上游右岸，距壩址約150m。隧洞總長6.76km，進水口底板高程2130m，為園形有壓隧洞，設計洞徑6.0ｍ。引水隧洞進水口地段邊坡總高度達700m以上，由于斷層和裂隙發(fā)育，巖體風化卸荷強烈，加之又處于高地震烈度區(qū)，因此，進水口邊坡的穩(wěn)定問題一直是本工程從可研到技施階段所研究的重大工程地質問題之一。2.邊坡所處地質環(huán)境2.1地形地貌進水口位于壩址區(qū)右岸，邊坡總體走向N40~50°W，傾向NE，坡腳高程2130m，坡頂高程2860m。其中高程2130~2300m段坡高170m，坡角50~60°，局部達70°；高程2300~2540m段坡高240m，坡角20~30°；高程2540~2860m段坡高320m，坡角30~50°。邊坡坡角總體趨勢上、下部較陡，中部平緩。緩坡段高程2350~2540m相當于岷江Ⅳ~Ⅴ級階地，階地后緣發(fā)育一寬緩沖溝，切深20~30m，長200~300m。見平面地質圖1。2.2地層巖性進水口邊坡除緩坡地段分布有第四系覆蓋層外，其余地段基巖裸露，出露地層為T2z及C+P層結晶灰?guī)r、變質砂巖夾千枚巖。第四系覆蓋層厚20~50m，上部為粘土厚5~10m，下部為孤塊碎石夾亞砂土。2.3地質構造與地震工程區(qū)處于松潘—甘孜褶皺帶之較場弧形構造帶內，褶皺及斷裂構造發(fā)育。進水口邊坡位于較場倒轉向斜核部，巖層產狀N60~90°W/SW∠30~40°~N55~90°E/SE∠30~60°，圖1取水口平面地質圖其巖層走向與邊坡走向呈小角度相交，傾向坡內，構成層狀結構反向巖質邊坡。由于進水口邊坡段位于較場弧形構造帶中心部位，且位于1933年疊溪地震震中位置，因此，其地質構造復雜，斷層及裂隙發(fā)育，進口岸坡巖體中分布斷層共5條，均為逆斷層，擠壓緊密，少見架空現(xiàn)象，其特征見表1。其中規(guī)模較大的斷層有F1和F8兩條，經取樣測齡鑒定，兩斷層均屬中更新世活動斷裂。斷層特征一覽表表1脅斷層編號液產狀艷厚度戲（好m伯）偶破碎帶物質細可見長度覺（濟k噸m硬）桑F蠢1員N70~80言°W/S漁W劉∠憶55~70°竭10~15陰斷層糜棱巖、站角礫巖墳9.0悟F宏8亦N60~80抹°W/S殊W怖∠領30~40°朽39簽斷層碎裂巖、眼角礫巖夾糜棱旬巖羞1.6~2.裁0藏f恥9溫N55~80質°E/S腳E什∠乒30~50°左8肚斷層碎裂巖、流角礫巖佛0.3~0.避5病f應10勢N55~80販°E/S翁E燕∠良30~60°講11劈斷層碎裂巖、送角礫巖胃0.3~0.客5場f剛11脫N60~80牧°E/S油E去∠省40°邊11沸斷層碎裂巖、群角礫巖緒0.3~0.晌5邊坡巖體除層面裂隙外,構造裂隙主要發(fā)育下列兩組：①N71~80°E/NW∠64~72°；②N70~80°W/NE∠62~78°，其中①組與岸坡斜切，②組與岸坡走向近于一致，傾向坡外，傾角大于岸坡坡角。晌歷史地震對工借程區(qū)的最大影提響烈度壞為鴉Ⅹ謠度，根據四川唇省地震局對本芒工程區(qū)地震安禮全性評價報告名，確定本區(qū)地妙震烈獎度陽5耳0典年超越概堪率并10鈴%丘為丹Ⅸ裙度，故地震基蓄本烈度拉為議Ⅸ竿度。算2館.犧4恭值巖體風化卸荷犬特征壤進口邊坡巖體府風化卸荷作用蚊強烈，巖體完慣整性差。據鉆至孔及平硐揭示拖，巖體強風化御帶莖厚續(xù)7~就20m菜，巖體多呈碎冤塊狀散體結構蝶，縱波波落速錘V恭p安一于般溫2000~江2100m策/狹s成；弱風化帶訊厚抖20~堅30m嚷，巖體呈碎裂壘結構，縱波波凝速祖V糾p黎一攪般沉2100~商2300m額/董s棒。卸荷帶水平擺寬右度捆40~薦60m犯，其強、弱卸放荷帶下限與強代、弱風化帶下雜限基本對應，便卸荷裂隙多順拋坡展布，開胳口搞0.1~艙1.0cm體，充填泥質及跪碎屑，可見延舌伸長省度麻3~販5m爬。據澆天顫PD飼7備、棵天藍PD報8棋平硐揭示，在竄邊坡高蕩程魔2240~獅2300m紹分布卸荷松動筋變形體，水平但寬累度事30~間60m呈，該段屬卸荷追傾鑰倒密—更松動型蠕動變狐形邊坡，且在橫后期強震作用繩下已產生明顯炕位移，致使變雨形體下部擠壓斷緊密，上部架秩空明顯，覆蓋清在變形體之上庸的湖相層理狀思粘土亦隨之變壇位斃(加粘土層紋傾植角蔽10~15癢°喪不等滾)挨。榨2.5命妄水文地質民邊坡地段由于蓄斷層及構造裂歌隙發(fā)育，巖體銷破碎，富水性狼差，致使山體蝕內地下水位較清低，據勝天嘗ZK務1繡、著天瓶ZK惠4宋及含天寧ZK2英9囑鉆孔資料，地失下水位高奸程礎2145.7塌1~步2146.5肢2m脊，低于同期小栗海子水位伶(激2147.8槽5m利)抖1.33~可2.14m蛾，表明右岸岸且坡屬地下水低貞洼帶。雀3怠.稍邊坡穩(wěn)定性分雀析副3.1雜素邊坡分區(qū)及潛崖在滑移面的確償定瘋根據邊坡地形啞、巖體風化卸螞荷特征及結構喬面組合情況，襖將邊坡從上到茄下大致可分村為啟A肆、烘B凍、瑞C毛、純D炒四區(qū)件(溝見圖葉2)紹。庭A竄區(qū)：高程茫2540m秀以上至坡頂，獎該段坡高理320m拆，地形坡吃角兄30~50脅°喘，邊坡為層狀歷結構反向巖質請邊坡，邊坡巖霞體火由文C+塊P曉層結晶灰?guī)r夾叫千枚巖組成，刮坡腳高兆程奔2540~聰2640m犬分布有灶厚捷20~場30m付之塊碎石夾亞腹砂土。巖體強投、弱風化帶厚病度分別車為殿15~域20m啟與蛋20~搏25m菊，風化帶內巖冊體呈碎兇裂麗—殲散體結構。邊神坡下部么為界F臨1集斷層破碎帶川，岔F煉1植斷層傾向山內畏，構成本段邊紹坡底座。巖體寧卸荷帶下限紛(等相當于弱風化慮帶下限妙)聰及基巖與覆蓋秩層界面構成邊彩坡的潛在滑移綁面脹，腦NW鄭W況向保及品NE攀E拘向兩組構造裂惡隙構成邊坡的萬橫向與側向切平割面。族B療區(qū)：高盛程濁2540~依2240m蹤，該段坡高盟300m乓，地形坡度上薯緩下陡，緩坡玻段坡性角塑20~30妹°配，陡坡段坡名角勢50~60秩°遠，局部達達浩70裂°也。邊坡底界以悠傾向山內胡的業(yè)f辭11抱斷層為界。邊虜坡組成物質為謙崩坡積之粘土逆、孤塊碎石夾閃亞砂土及卸荷歇松動變形之巖學塊夾巖屑，宰厚繩30~掉50m兆，其下恰為裝T必2z挽層結晶灰?guī)r、犬變質砂巖夾千似枚巖，巖層產挖狀超N80~90淋°W/S匠W員∠蘆30~50跟°也，傾向坡內，納巖體強、弱風晨化帶喝厚背8~促10m箱與零20~本25m羽。該段基巖臥末坡坡革角燈25~40奪°稠，傾向坡外，衣因此，邊坡基疼巖與覆蓋層界絕面以及卸荷松愉動變形體下界炎面均構成邊坡婦潛在滑移控制膠面。萬C勤區(qū)：高摘程慧2240~秩2170m省，該段坡高好70m汽，地形坡衡度深50~60演°聽。邊坡頂、底如界分別戰(zhàn)以棄f圍11臭斷層上界面床及喊F珍8察斷層下界面控選制，邊坡組成哀物質尺為分F夜8司、餓f哄9視、僅f湯10鬧、罩f流11聽斷層破碎帶及著其影響帶。斷軍層破碎帶以斷臂層碎裂巖、角殊礫巖為主，夾內斷層糜棱巖及御少量斷層泥，黑多呈碎量塊鋸—膀碎屑狀散體結細構，部分地段辣呈半膠結狀車。圖F覆8跟斷層物質取樣裹試驗結果表明番：天然干密度譽2宵.27g寫/cm暈3頁、含水喚量刊3兩.1它%辜；級配：室>艇200mm亦、貍200~卷100mm紋、敵100~秩5mm竹、臉5~每2mm謠、剛<息2mm悅、妄<魔0.005m負m輸分別恭占陰4橋.0%山、恭10獅.計3給%層、鑄55早.7%拐、災4案.8%影、襯25室.2%司、艱4讓.0%濫；不均勻系慧數(shù)字492要.7演、曲率系數(shù)育12.8性；試驗資料表第明誰，溜F漏8滲斷層破碎帶物乳質級配不均勻炮，結構密實；堤抗剪強鹿度墨φ呢=38.46沈~43.2以°胖，撫C=0.10嬌3~0.22賭0MPa笑。斷層影響帶扇巖體涌為禿T2雷z快層結晶灰?guī)r、絨變質砂巖，巖寺體破碎，多呈液碎裂結構，部怠分散體結構。盲四斷層均為層轟間擠壓逆斷層辣，斷層產憲狀刮N60~70碌°W/S鹽W泰∠援30~40°攜~N55~鉗85°E/S績E霜∠槽30~64酸°禽，與巖層產狀略基本一致，傾務向坡內。據蘇天多PD讀1詞、完天執(zhí)PD士6勁平硐揭示，該余段岸坡巖體卸戴荷裂隙不甚發(fā)序育，且多受斷項層控制，卸荷謎帶水平寬度大祖致盆在物70~思80m探之間，縱波波怠速袖V威P瘋一束般危2000~勝3000m粥/籮s值，屬低波速帶融，因此，其卸鍬荷帶界面可作殲為控制邊坡失因穩(wěn)的潛在滑移獵面，玩而袖NW崗W穩(wěn)向蛾及瓦NE矩E麥向兩組構造裂尊隙為邊坡的橫肢向與側向切割鎖面。指D六區(qū)：高己程歌2170~貼2130m害，該段坡高蟲40m汁，地形坡森度資50~60終°江。組成邊坡巖趙體詞為員T剛2z堵層結晶灰?guī)r、江變質砂巖，巖懂層產拴狀趕N60~70銅°W/S景W鴨∠罩30~40驢°庫，傾向山內，然屬層狀結構反鍵向巖質邊坡。水此段屬進水口脾開挖區(qū)，施工郊中卸荷松動帶痰將全部被挖除損，巖體中發(fā)育渴的兩組構造裂渠隙無不利組合建，因此，邊坡專穩(wěn)定性好。拳3.籌2腎邊坡穩(wěn)定性驗月算遵基于進水口高渣邊坡的工程地落質特征，按圖葡2糞所示剖面進行奪天然狀態(tài)棍和亭Ⅸ憲度地震時的穩(wěn)只定性驗算。根們據帝F希8漸斷層破碎帶的桃物質組成和岸躺坡巖體風化卸痛荷嚴重多呈散候塊狀的結構特捧征，可以采用蔥均質土坡穩(wěn)定告分析方法進行闖計算，因此，膛分別采用陜西啄院土石壩分析西軟件包渾的重STA岔B奔穩(wěn)定計算程序懲和北京水科院遙陳祖貽臨教授編制的邊側坡穩(wěn)定分析程粱序對高邊坡作陷了驗算。穩(wěn)定晌計算所采用的油參數(shù)根據試驗讀指標和工程類背比選取，計算召參數(shù)見表牧2伙。貓穩(wěn)定分析計算鑼參數(shù)表表2動物質成分因天然密度圖(身g/cm形3戒)癥抗剪強度指標簡內摩擦捧角環(huán)φ吸(淹°朋)真凝聚絡力或C祖(伏MPa)刑斷層破碎帶缺2.27赴38.0掩0.015遙變質砂巖晌2.45縫56.0堪0.1經兩種方法都是翅假定若干滑動璃圓弧并一一進磚行穩(wěn)定驗算，需最后自動搜尋益最危險滑弧遭(碧即穩(wěn)定安全系結數(shù)最小深)捐。計算分析結被果見表揪3桑。指進水口高邊坡惰穩(wěn)定分析成果緞表程序方程序方法穩(wěn)定安全系數(shù)工況呼陜西霧院客STA泛B襪程序見北科院計算程雹序活瑞典法魂畢肖普法誕改良圓弧法乓圓弧法羊天悲等土然痕傳范狀質饞以態(tài)員2.070臘2.382股2.275姥2.35咬Ⅸ晌暢鐵度抽持擔地鐮牢拘震叔1.197屬1.505照1.575裂1.150墊最危險滑弧驅形態(tài)些(旁m)耳圓心座標問平距皇591.2彈593.02添高程言2303.8弟2300.4增半徑鼠186.8殖172.4