何 帥

（新疆水利電力建設總公司，烏魯木齊 830000）

0 引言

在水利工程的建設過程中，邊坡開挖勢必將原有的邊坡應力平衡狀態(tài)打破，巖質邊坡的應力也將因此重新分布。為了減少和避免滑坡災害，應該預先對其穩(wěn)定性進行研究，以便能及時對邊坡進行安全可靠、經濟合理的加固處理[1]。為此，許多學者對相關巖石邊坡工程開展了研究：鄭惠峰等[2]將塊體單元法與極限分析上限法相結合，提出了巖石邊坡穩(wěn)定的塊體單元極限分析上限法。基于一個巖質楔形體邊坡算例和小灣水電站進水口邊坡實例，通過將塊體單元法上限分析計算結果與剛體極限平衡法相比較，驗證了該方法的正確性。張社榮等[3]采用貝葉斯方法對斷層帶抗剪強度參數進行分析，以原工程采用的邊坡穩(wěn)定設計分析方法為基礎，通過RSSAP程序研究了巖石邊坡的可靠性。張文華[4]等采用ANSYS 有限元數值模擬軟件建立了三維數值邊坡模型，通過數值計算確定了邊坡臨界破壞時滑裂面的位置，基于此確定了小型抗滑樁的布設位置。還有許多學者[5～8]在巖質邊坡穩(wěn)定性方面做了卓越的研究，然而，對于巖質邊坡而言，基于連續(xù)均勻理論的穩(wěn)定計算是有所欠缺的。巖體的節(jié)理裂隙結構往往對巖質邊坡的穩(wěn)定起到了重要作用。當前在工程應用方面，采用楔形體穩(wěn)定計算軟件計算邊坡穩(wěn)定的應用較少。因此，本文采用楔形體穩(wěn)定計算軟件，計算分析了新疆某水利樞紐巖質邊坡的楔形體穩(wěn)定性和上覆破碎巖體的穩(wěn)定性，并得出了相應的安全系數，根據計算結果提出了相應工程措施。

1 工程概況

新疆某輸水工程位于天山北麓，根據泵站選址及該區(qū)地形條件，泵站開挖后將形成3處開挖邊坡：1#、2#及3#邊坡。泵站廠址處巖體斷裂構造不發(fā)育，主要為小斷層和裂隙，斷裂走向與區(qū)域主要構造線基本一致，以NWW～NW向和NE向為主。

宏觀分析判斷認為：邊坡開挖后，弱風化巖體部位邊坡的整體穩(wěn)定條件較好；上部強風化巖體因其完整性較差，且淺表層以較破碎～破碎巖體為主，則該部位邊坡穩(wěn)定性相對較差，故應對強風化巖體部位的邊坡進行穩(wěn)定性分析和評價。

2 計算方法

（1）楔形體穩(wěn)定計算方法。采用赤平投影法搜索開挖邊坡各馬道平臺部位可能構成的潛在不穩(wěn)定塊體，并采用規(guī)范推薦的楔體法對開挖邊坡上的塊體進行抗滑穩(wěn)定計算，計算采用某楔形體計算軟件進行。

（2）上部強風化巖體抗滑穩(wěn)定計算方法。開挖邊坡上部強風化巖體的抗滑穩(wěn)定計算采用詹布法，并采用試算法推求最危險滑面和相應的安全系數，具體計算采用某詹布法計算程序進行。

3 計算工況及荷載

3.1 計算工況

工程邊坡穩(wěn)定性分析按持久設計工況、短暫設計工況和偶然設計工況3 種狀況進行，其中持久和短暫設計工況采用基本組合，偶然設計工況采用偶然組合。計算工況、作用效應組合及相應工況見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定分析計算工況及作用組合

3.2 荷載

（1）巖土體的自重作用。在地下水位以上時，巖土體的自重采用天然重度（26.0 kN/m3）；在地下水位以下時，則應根據具體采用的計算方法正確選擇。在邊界面上和計算的分條、分塊面上以面力計算水壓力時采用飽和重度（26.5 kN/m3）；以體力法計算水壓力時采用浮重度，同時在滑面上扣除自坡外水位起算的靜水壓力；降雨情況下的非飽和巖、土體采用具一定含水量的重度。

（2）地下水作用。具體結合各部位邊坡所處工程環(huán)境條件、在不同計算工況下的邊坡地下水位變化情況等，按《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》（DL/T5353-2006）規(guī)定考慮。在暴雨條件下，坡面少量入滲雨水只使坡體淺層的部分滑體飽水，不足以抬高坡體內的地下水位，也難以在潛在滑面處形成暫態(tài)孔隙水壓力。即計算僅考慮降雨對坡體容重和滑面力學參數的影響，不計作用在滑面上的滯留孔隙水壓力。具體穩(wěn)定性計算時，坡體容重采用濕容重或飽和容重，滑面強度指標采用水下飽水參數。

（3）地震作用。泵站采用50年超越概率10%的工程場地的基巖峰值加速度0.167 g，地震作用考慮水平向地震慣性力，按擬靜力法計算，水平向設計地震加速度代表值取0.167 g，考慮豎向設計地震加速度代表值取水平向設計地震加速度代表值的2/3，地震作用的效應折減系數取0.25，質點動態(tài)分布系數取1.0。

4 計算斷面及模型

選取1#、2#、3#邊坡進行楔形體穩(wěn)定計算分析。首先根據邊坡開挖形態(tài)及坡體結構特征，分別將1#、2#、3#邊坡優(yōu)勢結構面、開挖面、巖層面繪制在赤平投影圖中（見圖1）。

圖1 開挖邊坡赤平投影分析圖

（1）1#開挖邊坡斷層不發(fā)育，發(fā)育3組裂隙：①走向NE60°～80°，傾向SW或NE，傾角75°～82°；②走向NW300°～325°，傾向SW，傾角5°～35°；③走向NW300°～330°，傾向SW，傾角75°～81°。其中①組、②組裂隙較發(fā)育，③裂隙發(fā)育較少，多為硬性結構面。

（2）2#開挖邊坡主要發(fā)育3 組長大裂隙：①走向近SN，傾向W，傾角15°；②走向近EW，近直立；③NE80°NW∠83°。

（3）3#開挖邊坡，主要發(fā)育3組長大裂隙：①走向近NW330°～340°傾向SW∠30°～40°；②走向近

NW345°，SW∠20°～30°；③NE20°NW∠20°～25°。

由圖1 可看出，1#邊坡有一種楔形體組合為結構面②+結構面③，2#邊坡有一種楔形體組合為結構面①+結構面③，3#邊坡有一種楔形體組合為結構面②+結構面③。

假定最大楔形體不跨越一級坡，即最大楔形體高度控制在20 m 內，以開挖馬道平臺為坡頂面，頂寬度控制在2.0 m 以內，1#、2#、3#邊坡部位楔形體組合情況及計算模型見圖2。

圖2 楔形體組合情況及計算模型圖

對1#、2#、3#邊坡進行強風化巖體抗滑穩(wěn)定計算。通過滑弧面搜索及可能出現的底滑面進行敏感性分析，找出危險滑動面，計算其相應滑面的穩(wěn)定安全系數。3#邊坡為順層邊坡，同時對3#邊坡按順層滑動的模式進行計算。1#、2#、3#邊坡上部強風化巖體穩(wěn)定計算模型見圖3。

圖3 邊坡風化巖體抗滑穩(wěn)定計算剖面圖

5 計算參數

根據邊坡基本地質資料，各部位開挖邊坡馬道平臺部位可能構成的楔形塊體主要由裂隙（小斷層）而成，屬于Ⅳ～Ⅴ級結構面，裂隙結構面以硬性～巖塊型為主，少量為巖屑夾泥型，個別小規(guī)模斷層為泥夾巖屑型，Ⅳ級結構面多屬局部充填巖屑、碎屑型硬性結構面，Ⅴ級結構面屬硬性結構面，計算參數見表2。

表2 邊坡松動體穩(wěn)定計算參數

6 計算成果及分析

6.1 楔形體穩(wěn)定計算結果

由于邊坡位于泵站上側，邊坡失穩(wěn)可能將造成泵站建筑物及其附屬設備破壞或者功能完全喪失。根據《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》（DL/T5353-2006）規(guī)定，本工程邊坡安全級別為I 級。因此，持久工況下邊坡穩(wěn)定安全系數不小于1.30；短暫工況下邊坡穩(wěn)定安全系數不小于1.20；偶然工況下邊坡穩(wěn)定安全系數不小于1.10，以上安全系數均取上限值。

邊坡楔形體穩(wěn)定計算結果見表3。由計算結果可知，邊坡組合楔形體在各計算工況下的穩(wěn)定安全系數均大于1.30，滿足設計安全標準要求，即泵站周開挖邊坡馬道平臺部位由結構面切割組合而成的楔形塊體在各工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 邊坡楔形體穩(wěn)定計算結果

6.2 上部強風化巖體抗滑穩(wěn)定計算結果及分析

1#、2#、3#邊坡上部強風化巖體在偶然計算工況下，采用搜索滑弧法及假定滑動面法邊坡最危險滑面的計算結果見圖4、圖5。上部邊坡各工況穩(wěn)定安全系數計算結果見表4。

圖4 偶然工況搜索滑弧計算結果

圖5 假定滑動面偶然工況計算結果

表4 邊坡上部強風化巖體穩(wěn)定安全系數計算結果

表4 所列計算結果顯示，計算選取1#、2#、3#邊坡進行滑弧面搜索及可能出現的底滑面進行敏感性分析，其在各計算工況下的穩(wěn)定安全系數均大于1.30，滿足規(guī)范安全標準要求。由此可見，開挖邊坡上部強風化巖體在各工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結語

本文基于新疆某輸水泵站工程，采用楔形體穩(wěn)定計算軟件，考慮巖質邊坡節(jié)理裂隙構造，計算了巖質邊坡楔形體及上覆破碎巖體的穩(wěn)定性，得出了安全系數。通過計算分析，泵站邊坡在各個工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)?？紤]工程安全儲備，最終確定泵站邊坡綜合處理措施如下：

（1）表面保護。清除邊坡上部地表孤危石、堆積體及松動巖體。對人工邊坡采用掛網噴砼封閉坡面，C25噴砼厚10 cm，掛Φ6@150×150鋼筋網。

（2）坡面排水、截水。全坡面布置排水孔，間排距3 m×3 m，孔深4.5 m，間隔布置，仰角10°。沿開口線設截水溝，各級馬道內側設排水溝，其間聯通，形成有效的截、排水系統。截水溝為梯形斷面，底寬60 cm，深80 cm，視需要再布置消能工；排水溝為矩形斷面，100 cm×100 cm。截、排水溝均采用C20混凝土。

（3）邊坡錨固。全坡面采用系統錨桿支護，錨桿直徑Φ25、L=4.5 m，直徑Φ28、L=6.0 m，間隔布置，間排距2.0 m×2.0 m。沿開口線布置Φ28，L=9 m錨筋樁進行鎖口。