鞠智敏 費海燕

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司， 湖南 長沙 410014）

0 引言

水電工程中的楔形體破壞是巖質(zhì)邊坡破壞的一種常見形式，對邊坡的穩(wěn)定性有重要影響。楔形體滑動的邊界條件：1）由兩組異傾向結(jié)構(gòu)面組合交線傾向坡外，其傾向與坡向夾角較小，根據(jù)實踐經(jīng)驗一般小于30°；2）結(jié)構(gòu)面組合交線的傾角小于坡腳，大于摩擦角。巖質(zhì)邊坡楔體滑動失穩(wěn)可分為定位楔形體破壞和隨機(jī)楔形體破壞兩種方式，在地質(zhì)情況尚未充分揭露以前，很難準(zhǔn)確判定哪一條或兩條結(jié)構(gòu)面可能形成不穩(wěn)定楔形體。本文主要討論隨機(jī)楔形體穩(wěn)定分析，基于地質(zhì)資料分組得到結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢產(chǎn)狀，對形成楔形體的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行組合，通過計算楔形體的穩(wěn)定系數(shù)，進(jìn)而分析其穩(wěn)定性以及相應(yīng)的加固措施。

1 工程實例應(yīng)用

1.1 工程概況

某水電站導(dǎo)流洞進(jìn)口位于壩軸線上游370m～502m處，洞臉邊坡走向N37°E，人工邊坡最大坡高達(dá)140m左右。自然邊坡走向N23°W，坡角36°～48°，場區(qū)下游地段，基巖裸露，為弱風(fēng)化塊狀基性輝長巖。斷層主要有NEE向的 F2，破碎帶寬3cm～15cm，規(guī)模較??；節(jié)理主要有5組：①N60°～85°E，NW或SE∠60°～85°；②N65°～75°W，NE或 SW∠70°～88°；③N 10°～45°W，SW∠25°～37°；④N15°～35°W，SW∠65°～80°；⑤ N35°～55°W，SW∠5°～23°，其中①、②、③組較發(fā)育。

1.2 穩(wěn)定計算及加固分析

根據(jù)場區(qū)各類結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀特征及赤平投影分析得出，結(jié)構(gòu)面①與③、①與⑤、②與③、②與⑤形成傾向坡外、對邊坡穩(wěn)定不利的塊體。洞臉邊坡巖體中存在由近 EW 向陡傾角節(jié)理與中緩傾角節(jié)理的組合，會形成傾向坡外的楔形體。邊坡的穩(wěn)定主要受第①、②、③組結(jié)構(gòu)面的影響較大。結(jié)構(gòu)面計算參數(shù)取用泥夾巖屑類，摩擦角 14°～19°，粘聚力 0.05MPa，巖體密度 2700kg/m3。計算中考慮水充滿縫隙，各結(jié)構(gòu)面組合結(jié)果及所形成楔形體的安全系數(shù)見表1。F2與節(jié)理③組合形成的楔形體穩(wěn)定安全系數(shù)最低，為0.781。分析表明不穩(wěn)定塊體均以節(jié)理③為滑動面，需對不穩(wěn)定塊體進(jìn)行加固處理。

表1 各組合楔形體安全系數(shù)

② N80°W，NE∠75°⑤ N40°W，SW∠15° 2.795 - 隨機(jī)塊體F2 N65°E，NW∠80°③ N30°W，SW∠35° 0.781 1105 半特定塊體，重4925t沿節(jié)理③面滑動F2 N65°E，NW∠80°⑤ N40°W，SW∠15° 1.675 - 半特定塊體

潛在不穩(wěn)定塊體區(qū)域的加固措施建議：

（1）節(jié)理①、③所形成的潛在楔形體，為隨機(jī)塊體，節(jié)理①、③在坡面交線長度分別為 22.47m，37.11m，具備形成楔形體條件，且在坡面開口線范圍有滑出可能，其安全系數(shù)為0.781，建議進(jìn)行隨機(jī)錨索加固。該楔形體在坡面投影的面積為 320.797m2，根據(jù)規(guī)范錨索布置間距宜為 4m～10m，則有 n=320.797/(4×4～10×10)=20～3（根），錨索大小約為855/（20～3）=43～285t。建議選用100t、200t級錨索，根據(jù)計算相應(yīng)的根數(shù)分別為9根、5根，相應(yīng)長度18.5m、20m。

（2）節(jié)理②、③所形成的潛在楔形體，為隨機(jī)塊體，節(jié)理②、③在坡面交線長度分別為 21.24m，39.86m，則具備形成楔形體條件，且在坡面開口線范圍有滑出可能，其安全系數(shù)為0.996，建議進(jìn)行隨機(jī)錨索加固。該楔形體在坡面投影的面積為 401.675m2，錨索布置間距宜為 4m～10m，則有 n=26～5（根），錨索大小約為4600/（26～5）=177～920t。建議選用200t、300t級錨索，根據(jù)計算相應(yīng)的根數(shù)分別為23根、16根，相應(yīng)長度23.8m、25.0m。

（3）斷層F2與節(jié)理③所形成的潛在楔形體，為半特定塊體，斷層F2、③在坡面交線長度分別為 21.36m，38.65m，則具備形成楔形體條件，且在坡面開口線范圍有滑出可能，其安全系數(shù)為0.781，建議進(jìn)行隨機(jī)錨索加固。該楔形體在坡面投影的面積為324.125m2，錨索布置間距宜為 4m～10m。則有 n=21～4（根），錨索大小約為1105/（21～4）=53～277t。建議選用100t、200t級錨索，根據(jù)計算相應(yīng)的根數(shù)分別為12根、6根，相應(yīng)長度19.5m，25m。

2 結(jié)語

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的順利實施，大量的基礎(chǔ)工程設(shè)施投入使用，將不可避免的產(chǎn)生大量高陡巖質(zhì)邊坡，加強(qiáng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)面切割而成的楔形體滑坡的安全穩(wěn)定分析和災(zāi)害的合理規(guī)避對于工程順利建設(shè)具有重要意義。本文主要基于某水電工程導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡，根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料對潛在楔形體的安全系數(shù)進(jìn)行計算分析，且對可能失穩(wěn)塊體進(jìn)行加固力計算和提出相應(yīng)的加固措施建議，為工程設(shè)計及施工提供參考。