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)
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。
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。
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。
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。