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        水庫(kù)臨水邊坡穩(wěn)定性分析及防護(hù)措施

        2018-05-04 00:54:44蘭紹華
        陜西水利 2018年2期
        關(guān)鍵詞:臨水蓄水位條塊

        蘭紹華

        (貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽(yáng) 550002)

        兩岔河水庫(kù)工程位于貴州省息烽縣息烽河及其支流小鹿窩河匯口的下游,距縣城約10 km。息烽河是息烽縣境內(nèi)最大的一條河流,流域內(nèi)多年平均降雨量1125 mm[1]。兩岔河水庫(kù)壩址以上流域面積285 km2。水庫(kù)建成蓄水后,導(dǎo)致地下水位上升,將影響上游臨水邊坡穩(wěn)定,影響居民房屋安全穩(wěn)定,本文對(duì)不同工況下水庫(kù)臨水邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析,對(duì)臨水自然邊坡防護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        1 工程概況

        居民房屋分布于820.0~860.0 m高程之間,臨水自然邊坡地形坡度約15°~30°之間,覆蓋層厚度0.2~2.0 m,由殘坡積與洪沖積粉砂質(zhì)粘土夾碎石組成,碎石粒徑0.2~8.0 mm,含量占60%左右。下伏基巖為奧陶系下統(tǒng)湄潭系(O1m),主要為泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)砂巖,巖層產(chǎn)狀為300°∠40°。該組巖性特點(diǎn)是風(fēng)化層厚,節(jié)理裂隙發(fā)育,特別是在強(qiáng)風(fēng)化段中明顯,風(fēng)化殘積物多為針狀、薄片狀碎石,透水性好,易折斷,易風(fēng)化,在長(zhǎng)期飽和狀態(tài)下易軟化。自然邊坡屬于巖土混合邊坡,上部覆蓋層屬于土質(zhì)邊坡,下部基巖屬于反向?qū)訝钸吰隆?/p>

        2 水庫(kù)臨水邊坡穩(wěn)定性分析

        2.1 邊坡與擋土墻級(jí)別確定

        邊坡級(jí)別根據(jù)邊坡的對(duì)建筑物的危害程度、水工建筑物的級(jí)別、對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全的影響程度、邊坡規(guī)模等進(jìn)行確定。

        邊坡對(duì)水庫(kù)運(yùn)行無(wú)影響,邊坡失穩(wěn)影響范圍內(nèi)現(xiàn)有20多戶居民,約有60~100人左右。邊坡最高處60 m,寬約200.0 m。該邊坡的級(jí)別為4級(jí)。

        2.2 選用巖土物理力學(xué)參數(shù)

        通過(guò)試驗(yàn)資料整理統(tǒng)計(jì)參照類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn),巖(土)物理力學(xué)指標(biāo)建議值見(jiàn)表1。

        表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)值表

        2.3 計(jì)算公式

        圓弧型滑動(dòng)計(jì)算公式:

        式中,b為條塊寬度;W1為在壩坡外水位以上的條塊實(shí)重;W2為在壩坡外水位以下的條塊浮重;Z為壩坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離;u為壩體或地基中的孔隙壓力;β為條塊的重力線與通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角。

        2.4 邊坡穩(wěn)定性分析

        2.4.1 現(xiàn)狀水位(806.0 m)

        ①正常運(yùn)行工況

        工況一:現(xiàn)狀水位處于806.0 m,地下水位沒(méi)有抬升,巖土混合邊坡處于天然狀態(tài)。

        ②非常運(yùn)行工況

        工況二:現(xiàn)狀水庫(kù)水位處于806.0 m+暴雨,邊坡地下水抬升,巖土混合邊坡處于暫狀飽和狀態(tài)。

        根據(jù)《水利水電邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》4級(jí)邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見(jiàn)表2。

        表2 4級(jí)邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

        圖1 正常運(yùn)行工況一計(jì)算結(jié)果圖

        圖2 非常運(yùn)行工況二計(jì)算結(jié)果圖

        表3 剖面臨水邊坡現(xiàn)狀的穩(wěn)定性分析表

        由表3可知,臨水自然邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性較好,處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        2.4.2 水庫(kù)蓄水正常蓄水位(823.0 m)

        當(dāng)水庫(kù)蓄水后,臨水自然邊坡地下水臺(tái)升,運(yùn)行條件發(fā)生改變,且在水位線附近,邊坡覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化基巖長(zhǎng)期受水位浸泡及淘蝕,引發(fā)塌岸,對(duì)邊坡上部居民房屋造成危害?,F(xiàn)對(duì)水庫(kù)水蓄至823.0 m(正常蓄水位)運(yùn)行工況穩(wěn)定分析。

        ①工況一:正常運(yùn)行工況,蓄水位處于823.00 m時(shí),地下水位抬升,巖土混合邊坡處于天然狀態(tài)。

        ②工況二:非常運(yùn)行工況,蓄水位處于823.00 m+暴雨,邊坡地下水抬升,巖土混合邊坡處于暫狀飽和狀態(tài)。

        計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

        圖3 蓄水位823.00 m正常運(yùn)行工況一計(jì)算結(jié)果圖

        圖4 蓄水位823.00 m非常運(yùn)行工況一計(jì)算結(jié)果圖

        表4 (蓄水位823.00 m)臨水邊坡的穩(wěn)定性分析表

        由表4可知,臨水自然邊坡在正常蓄水位823.00 m高程時(shí),穩(wěn)定系數(shù)大于1,但在正常運(yùn)行工況下小于規(guī)范要求的安全系數(shù),說(shuō)明在正常常蓄水位狀況下,臨水自然邊坡處于穩(wěn)定臨界狀態(tài),存在著危險(xiǎn)。

        2.4.3 水庫(kù)蓄水位升至設(shè)計(jì)洪水位(823.53 m)

        現(xiàn)對(duì)水庫(kù)水蓄至823.53 m(設(shè)計(jì)洪水位)水位非常運(yùn)行工況穩(wěn)定分析。

        計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

        圖5 設(shè)計(jì)洪水位823.53 m非常運(yùn)行工況一計(jì)算結(jié)果圖

        表5 1-1’剖面(設(shè)計(jì)洪水位823.53 m)臨水邊坡的穩(wěn)定性分析表

        由表5可知,臨水自然邊坡在設(shè)計(jì)洪水位823.00 m高程時(shí),穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到規(guī)范要求的安全系數(shù),說(shuō)明在洪水期非正常運(yùn)行工況下,臨水自然邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),滿足規(guī)范要求。

        通過(guò)上述分析,當(dāng)水庫(kù)蓄水后,蓄水位處于823.00 m時(shí),地下水位抬升,正常運(yùn)行工況下小于規(guī)范要求的安全系數(shù),說(shuō)明在正常蓄水位狀況下,臨水自然邊坡處于穩(wěn)定臨界狀態(tài),存在著危險(xiǎn),需進(jìn)行防護(hù)治理。

        3 臨水邊坡防護(hù)治理措施

        臨水自然邊坡主要是因在正常蓄水位線附近,覆蓋層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層受水位浸泡及淘蝕,形成局部塌岸,且基巖由薄層泥質(zhì)粉砂巖及砂巖、泥巖組成,易風(fēng)化,受水浸泡易軟化,力學(xué)參數(shù)會(huì)近一步降低,因此采用擋土墻支護(hù)后,基巖和覆蓋層不受水體直接沖刷與淘蝕,即可避免臨水邊坡失穩(wěn)。

        因受力條件簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)不采用其它復(fù)雜支擋結(jié)構(gòu),選擇易施工,工藝簡(jiǎn)單,施工成本較低的防護(hù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)采用貼坡式M7.5漿砌石擋墻進(jìn)行支護(hù),建基面選鋪0.10 m的M10砂漿,其上修建M7.5漿砌石防護(hù)墻,防護(hù)墻寬0.3 m,迎水面與背坡面根據(jù)地形修建。824.00 m高程以下為埋入段,采用施工開(kāi)挖的棄地料回填。824.3 m起設(shè)泄水孔,采用埋設(shè)φ1寸鋼管并伸入基巖1.0 m,基巖段鋼管做花管,坡率1%,間距1.5 m,梅花型布置。迎水面墻面采用M10砂漿勾縫,勾縫寬5 cm。

        另在860.00 m高程附近修建截水溝對(duì)地表水截流,防止大量雨水形成徑流對(duì)邊坡土體沖刷,導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低。截水溝修建于覆蓋層上,溝體采用M7.5漿砌石砌筑,溝體采用矩形斷面,內(nèi)寬 0.6 m,凈高0.5 m,邊墻寬0.5 m,底部厚0.4 m。溝體比降1%~3%,超過(guò)10%坡降的設(shè)跌坎。

        4 結(jié)語(yǔ)

        兩岔河水庫(kù)建成蓄水后,地下水位上升,影響上游臨水邊坡穩(wěn)定,采用理正軟件對(duì)不同工況下水庫(kù)臨水邊坡穩(wěn)定性分析,發(fā)現(xiàn)水庫(kù)在正常蓄水位時(shí),臨水自然邊坡處于穩(wěn)定臨界狀態(tài),小于規(guī)范要求的安全系數(shù),存在滑坡,坍塌等危險(xiǎn)。因邊坡受力條件簡(jiǎn)單,因此采用易施工,工藝簡(jiǎn)單,施工成本較低的貼坡式漿砌石擋墻進(jìn)行支護(hù),在860.00 m高程附近修建截水溝對(duì)地表水截流。邊坡治理后,現(xiàn)水庫(kù)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定,表明采用理正軟件對(duì)兩岔河水庫(kù)不同工況下水庫(kù)臨水邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果準(zhǔn)確,邊坡治理措施工藝簡(jiǎn)單,施工成本低,防護(hù)治理措施顯著。

        [1]黃順濤.斷裂構(gòu)造發(fā)育對(duì)貴州兩岔河水庫(kù)巖溶滲漏的影響研究[J].水利水電技術(shù).2017(03).

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