蔡仁龍，李 靜

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072）

綽斯甲水電站壩前右岸堆積體穩(wěn)定性計算參數(shù)選取

蔡仁龍，李 靜

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072）

綽斯甲水電站壩前右岸堆積體緊鄰大壩，與樞紐布置關(guān)系密切。在前期勘察設(shè)計時，針對其特殊的工程地質(zhì)特性，采取相應(yīng)的勘探、試驗手段，獲取基本地質(zhì)資料，評價其穩(wěn)定性，并進行反演分析計算和論證，為工程支護提出合理的地質(zhì)建議參數(shù)，以確保電站建成后覆蓋層邊坡穩(wěn)定及大壩安全。

深厚覆蓋層；工程地質(zhì)條件；穩(wěn)定性；反演；參數(shù)

0 前 言

綽斯甲水電站位于四川省阿壩藏族自治州，國道G318從工程區(qū)通過，為綽斯甲河干流梯級開發(fā)的第三級。壩址上行距壤塘縣城約100 km，下行距馬爾康約95 km，距成都約500 km，對外交通較為便利。

電站裝機390 MW，由首部樞紐、引水系統(tǒng)、調(diào)壓井和廠區(qū)樞紐組成，首部攔水壩最高24.539 m，經(jīng)取水口沿綽斯甲河左岸引水隧洞（長21 284 m）到調(diào)壓井至地面廠房發(fā)電，尾水進入觀音橋電站水庫。

電站樞紐為大（2）型工程，經(jīng)四川省地震安全性評定委員會評審，綽斯甲水電站壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，為穩(wěn)定性較差地區(qū)。

壩前右岸覆蓋層堆積體緊鄰壩線，與樞紐布置關(guān)系密切，水庫蓄水后對閘壩運行有影響。針對該堆積體的成因、分布、組成結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)特性等，開展了地質(zhì)測繪、勘探、試驗等工作。

1 堆積體基本特征

壩前右岸覆蓋層堆積體區(qū)為一槽狀地形，其上游發(fā)育一條沖溝。堆積體上、下游兩側(cè)均為基巖，形成巖質(zhì)陡坡，坡度多大于50°，槽狀地形中發(fā)育松散覆蓋層堆積體，下伏雜谷腦組砂板巖。覆蓋層堆積體分為上下兩層，下層為坡洪積，上覆崩坡積。

坡洪積堆積地貌上形成順河長150余米，橫河寬5～20 m，前緣高程2 782.97～2 787.03 m的緩坡平臺，其臨河（前緣河水位高程2 768.69～2 768.16 m）形成高15～20 m的覆蓋層陡坡，坡度40°～75°，堆積體體積約40萬m3。

崩坡積堆積覆蓋于坡洪積堆積平臺之上，在壩線上游形成大面積的堆積體，形成坡度一般為26°～42°，后緣分布高程達3 100 m，體積大于30萬m3。

坡洪積前緣陡壁主要由灰黃色～深灰色塊碎礫石土組成，輕微膠結(jié)，結(jié)構(gòu)較緊密，局部可見砂卵礫石或砂夾礫石夾層。由于河水的沖刷掏蝕，前緣局部坍塌，細顆粒被河水帶走，大塊石則殘留在前緣坡腳，部分被河水磨圓，呈次棱角～次圓狀。

崩坡積分布于坡洪積平臺之上，組成物質(zhì)主要為塊碎石土，物質(zhì)成分較單一，多為近源變質(zhì)砂巖，塊徑大小懸殊，多呈棱角狀。該層厚度一般5～30 m，地表可見塊徑0.5～3 m的孤塊石，骨架間充填灰黃色粉土，總體結(jié)構(gòu)較松散，粒度不均，局部架空或形成淺表塌落。

壩前堆積體區(qū)出露基巖為三疊系上統(tǒng)雜谷腦組上段（T3z2）深灰色中厚～厚層變質(zhì)砂巖夾板巖，受構(gòu)造影響，地表巖層產(chǎn)狀變化較大，總體產(chǎn)狀為：N70°W～N80°E／NE（NW）∠45°～55°，巖層傾向山體外，為順向坡。

根據(jù)地表地質(zhì)測繪及右岸壩肩平硐XZPD02勘探成果，壩前右岸堆積區(qū)未見大規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，基巖主要構(gòu)造以層間擠壓破碎帶及小斷層為主，破碎帶寬度一般小于1.0 m。根據(jù)基巖露頭統(tǒng)計，壩前堆積區(qū)基巖優(yōu)勢裂隙主要發(fā)育3組：

（1）N80°W～N70°E／NE（NW）∠30°～57°，層面裂隙，延伸長，裂面平直、粗糙，表部局部卸荷變形，張開1～10 cm，無充填，間距20～50 cm；

（2）N20°～30°E／NW或SE∠75°～80°，延伸長，裂面平直、粗糙，附鈣膜，表部卸荷張開10 cm，無充填，間距30～50 cm；

（3）N60°～75°E／NW∠70°～80°，延伸中長～長，裂面平直、粗糙，表部卸荷張開10～20 cm，無充填，間距60～100 cm，局部間距30 cm。

壩前堆積區(qū)基巖谷坡陡峻，兩面臨空，受結(jié)構(gòu)面切割，在自重應(yīng)力作用下，巖體卸荷松弛較明顯。據(jù)XZPD02揭示，巖體強卸荷水平深度35 m，弱卸荷水平深度61.50 m，弱風(fēng)化水平深度70.2 m。

由于基巖邊坡陡立，巖體受結(jié)構(gòu)面的不利組合及卸荷影響，表層巖體存在松弛及變形現(xiàn)象，局部形成不穩(wěn)定巖塊，偶有崩塌、掉塊現(xiàn)象。

壩前堆積區(qū)地下水類型可分為松散堆積層孔隙潛水和基巖裂隙水兩大類。

孔隙潛水主要賦存于河床及第四系松散堆積層中，受大氣降水及基巖裂隙水補給，堆積體鉆孔地下水位一般與河水位相當。

基巖裂隙水的賦存與運移主要受巖體風(fēng)化、卸荷以及構(gòu)造作用的控制和影響，由于河谷深切，兩岸谷坡較陡，地下水排泄條件好，其水位埋藏較深。基巖裂隙水受大氣降水下滲補給，根據(jù)勘探揭露，堆積區(qū)地下水位總體埋藏較深（見表1），右壩肩XZPD02平硐97.8 m洞段均未見地下水出露。

表1 壩前右岸堆積區(qū)鉆孔地下水位統(tǒng)計

2 堆積體變形特征

地面地質(zhì)調(diào)查表明，在坡洪積堆積體前緣沒有發(fā)現(xiàn)拉裂、剪出口或壓密土，亦未見其他變形破壞跡象。上覆崩坡積除下游壩前基巖與覆蓋層交界處形成大于50°的基巖陡壁外，后緣、側(cè)緣未見陡崖、拉裂縫和負地形，僅崩坡積表層局部有塌落變形跡象；崩坡積表面植被發(fā)育，生長樹木，未見醉漢林、馬刀樹等形態(tài)。堆積體側(cè)緣基巖未發(fā)現(xiàn)有傾倒拉裂等變形破壞現(xiàn)象，僅表層巖體卸荷松弛，裂隙寬張，張開寬度一般小于10 cm。從勘察資料判斷壩前堆積體未見滑帶，天然狀態(tài)下整體穩(wěn)定。

由于堆積體距離閘壩近，對閘壩影響較大，水庫蓄水后受庫水漲落及浪蝕作用影響，前緣邊坡的穩(wěn)定性較差，存在局部失穩(wěn)的可能性，根據(jù)堆積物性狀類比其他工程經(jīng)驗及作圖法，預(yù)測塌岸寬度32.66～52.01 m，塌岸高程至2 804.4～2 818.1 m（見圖1）。應(yīng)進行防護處理。

圖1 壩前右岸堆積體塌岸預(yù)測

3 堆積體物理力學(xué)特征

為了進一步研究堆積體的結(jié)構(gòu)、組成及分布情況，在壩前堆積體上布置了6個鉆孔（見表2）。據(jù)鉆孔揭示，上覆崩坡積塊碎石土層（Q4col＋dl）厚度3.5～21.84 m，孤塊碎礫石等粗顆粒成分主要為變質(zhì)砂巖，其中孤石含量約占5%～15%，塊碎石含量30%～55%，礫石含量30%～40%，土為灰～灰黃色粉土或粉砂土，含量10%～20%。

鉆孔揭示下部坡洪積（Q4dl＋pl）前緣厚度約50 m，主要為灰～灰黃色塊碎礫石土或礫石土，孤、塊石包裹其中。塊碎礫石成分主要為砂巖，砂質(zhì)板巖次之，其中，塊石粒徑20～40 cm，含量5%～10%，局部20%；碎石粒徑一般6～12 cm，含量20%～40%，平均約30%；礫石多為中粗礫，角礫為主，局部偶見圓礫，含量40%～50%；土為灰～灰黃色粉土，局部礫質(zhì)砂土，含量15%～30%，平均約20%。坡洪積總體結(jié)構(gòu)較密實。據(jù)鉆孔XZZK19揭露孔深14.84～17.50 m（高程2 774.19～2 771.53 m）為含碎礫石粉土，高于河水面3.33～5.99 m（對應(yīng)河水位2 768.20m），上游順河向XZZK21鉆孔同等高程未見該層分布，僅孔深40.44～44.10 m（高程2 751.27～2 754.93 m）揭露為灰黃色粉砂夾礫石（礫石以角礫為主，少量圓礫）。

表2 壩前右岸堆積區(qū)鉆孔一覽表

對坡洪積堆積進行了6組物理性試驗，取樣位置在靠近坡洪積平臺前緣小路邊，取樣深度2.0～2.5 m。根據(jù)試驗成果，統(tǒng)計平均濕密度2.13 g／cm3，天然干密度2.00 g／cm3，天然含水率為6.2%，孔隙比0.352，土體處于中密狀態(tài)；小于0.5 mm顆粒粒徑以下部分的液限29.5%，塑限17.9%，塑性指數(shù)11.7。

在顆粒級配組成中，200～60 mm碎石含量18.83%，60～2 mm礫粒含量50.62%，2～0.075 mm砂含量13.85%，小于0.005 mm粘粒含量5.26%，小于0.075 mm細粒含量16.70%，小于5 mm顆粒含量37.89%，不均勻系數(shù)為1 294.1，曲率系數(shù)為9.65，分類定名為碎石混合土（SlCba）。

按6組樣平均基礎(chǔ)資料在室內(nèi)進行了2組力學(xué)性試驗，試驗成果表明：坡洪積土體在0.1～0.2 MPa壓力下壓縮系數(shù)為0.032MPa-1，壓縮模量為42.4 MPa，屬低壓縮性；臨界坡降0.56，破壞坡降1.14，滲透系數(shù)1.03×10-2cm／s，管涌型破壞，具有較強透水性；飽和固結(jié)快剪狀態(tài)下粘聚力75 kPa，內(nèi)摩擦角34.5°；天然快剪狀態(tài)下粘聚力65 kPa，內(nèi)摩擦角35.5°，具有一定抗剪強度（見表3、4）。建議：干密度ρ＝2.0 g／cm3，粘聚力C＝20～40 kPa，內(nèi)摩擦角Φ＝28°，K＝10-4～10-3cm／s。

4 崩坡積堆積體穩(wěn)定性反演計算及地質(zhì)參數(shù)選取

從勘測資料和地質(zhì)調(diào)查判斷壩前右岸堆積體未曾發(fā)生滑動，在天然狀態(tài)下整體穩(wěn)定。由此，對壩前右岸堆積體崩坡積進行反演計算，計算采用水科院陳祖煜編“土質(zhì)邊坡穩(wěn)定計算程序STAB”。在崩坡積體內(nèi)搜索最危險滑裂面時，其滑動安全系數(shù)及對應(yīng)的Φ、C值具體見表5（剖面1為典型剖面，剖面2為最不利地形剖面崩坡積前緣局部坍塌并完全覆蓋了下層坡洪積，參見圖1）：

表3 壩前右岸坡洪積堆積體室內(nèi)力學(xué)性試驗成果

表4 壩前右岸坡洪積堆積體壓縮試驗成果

根據(jù)堆積體目前的工程地質(zhì)特征及穩(wěn)定狀況，參考對壩前右岸堆積體進行反演計算的成果，參照坡洪積力學(xué)實驗成果，類比相應(yīng)工程，提出壩前堆積體上覆崩坡積建議參數(shù)：干密度ρ＝1.7～2.1 g／cm3，粘聚力C＝15～20kPa，內(nèi)摩擦角Φ＝28°～32°（見表6）。

表5 滑動安全系數(shù)及Φ、C值

表6 壩前右岸堆積體土體物理力學(xué)性建議值

5 結(jié) 語

綽斯甲水電站壩前右岸覆蓋層堆積體在前期地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)其分層的不同工程地質(zhì)特性，通過勘探、試驗等基礎(chǔ)地質(zhì)資料，判斷其未曾發(fā)生滑動，在天然狀態(tài)下整體穩(wěn)定。采取反演計算穩(wěn)定性分析及工程類比，為工程支護提出合理的地質(zhì)參數(shù)建議值。

作為電站壩前工程邊坡，須采取工程支護措施，提高壩前堆積體的穩(wěn)定性，達到相應(yīng)水工建筑物要求的安全系數(shù)，以確保電站運行后覆蓋層邊坡穩(wěn)定及大壩安全。另外，鑒于堆積體距離大壩近，施工過程中應(yīng)盡量減少對坡體較大的擾動和不良開挖，避免惡化邊坡穩(wěn)定條件。

TV223

B

1003-9805（2015）04-0044-04

2015-06-29

蔡仁龍（1970-），男，四川篷溪人，高級工程師，從事水電工程地質(zhì)工作。