馬飛朋

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

1 基本情況

某抽水蓄能電站由上/下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)等建筑物組成。工程為Ⅰ等大(1)型工程，進(jìn)/出水口作為本工程的主要建筑物，建筑物級(jí)別為1級(jí)，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為Ⅰ級(jí)，相應(yīng)邊坡為I級(jí)A類邊坡[1]。

進(jìn)/出水口布置于月河右岸，地形上為“兩溝夾一梁”。人工開(kāi)挖邊坡總體走向?yàn)榻黃N向，開(kāi)挖后形成了高邊坡，開(kāi)挖高程范圍為1 024.50～1 167.00 m，最大開(kāi)挖高度約133 m。高程1 069.00 m以上開(kāi)挖坡比采用1∶0.5，平臺(tái)以下至高程1 047.00 m坡比1∶0.5，高1 047.00～1 024.50 m范圍為直立坡。

邊坡地層巖性為三疊系干溝門單元中粗?；◢弾r(Tg)，淺表部位為強(qiáng)～弱風(fēng)化，塊狀結(jié)構(gòu)。在地質(zhì)構(gòu)造上，邊坡巖體主要發(fā)育有兩條規(guī)模較大的斷層f1與f2，兩條斷層相互切割，在邊坡內(nèi)形成不穩(wěn)定楔形體，向NW方向變形。變形模式為：“沿f2斷層滑動(dòng)+f1斷層方向傾倒。各斷層的產(chǎn)狀情況如表1所示，斷層在邊坡轉(zhuǎn)彎段的出露情況如圖1～3所示。

表1 邊坡發(fā)育的主要斷層產(chǎn)狀及性狀

根據(jù)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，工程區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s,地震基本烈度為VI度[2]。

2 邊坡變形分析

進(jìn)/出水口邊坡開(kāi)挖揭示邊坡巖體內(nèi)部發(fā)育有兩條規(guī)模較大的斷層f1與f2兩組確定性III級(jí)結(jié)構(gòu)面(斷層)，它們之間相互切割組合的左側(cè)邊坡形成了一個(gè)潛在不穩(wěn)定的楔形體。邊坡開(kāi)挖并初步支護(hù)完成后，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，受斷層f1與f2的影響，邊坡整體有向NW向變形的趨勢(shì)，且1 069.00 m平臺(tái)產(chǎn)生了多條橫向裂縫，表面噴混凝土上下游局部部位出現(xiàn)開(kāi)裂，且存在多條縱向裂縫，少量錨索出現(xiàn)穩(wěn)壓不足，塌孔等現(xiàn)象，同時(shí)在上游部位出現(xiàn)了小型塌方。表明邊坡已出現(xiàn)明顯的變形跡象[3-4]。初步支護(hù)完成后邊坡的變形狀況見(jiàn)圖4。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況分析，進(jìn)/出水口邊坡在開(kāi)挖的過(guò)程中出現(xiàn)明顯變形跡象的原因主要是受斷層f1與f2影響所致。因此，可以認(rèn)為沿?cái)鄬觙1斷層f2組成的楔體滑動(dòng)破壞是該邊坡的控制性失穩(wěn)模式[5]。其滑動(dòng)方向一般沿著左右滑面的交棱線方向。圖5列出了由上述兩組結(jié)構(gòu)面組合形成塊體的空間形狀，從圖中可以看出，這兩組結(jié)構(gòu)面的交棱線插入至下部巖體內(nèi)部，未在臨空面出露。若塊體沿交棱線方向剪出時(shí)，其下部應(yīng)由巖體內(nèi)部直接剪出，顯然這并不是最危險(xiǎn)的滑動(dòng)方向。

根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，進(jìn)/出水口邊坡布置有4個(gè)表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖6所示。根據(jù)開(kāi)挖過(guò)程中獲得的監(jiān)測(cè)情況，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲得的不同方向的變形監(jiān)測(cè)[6]情況如表2所示，相應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向如圖7所示。

表2 邊坡各表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形結(jié)果

從表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，邊坡的變形方向在NW0°～30°之間。但根據(jù)計(jì)算結(jié)果，斷層f1與f2交棱線的產(chǎn)狀為NE19.4°～28.9°，這表明受斷層f1與f2的交棱線未在臨空面完全出露的影響，楔體的滑動(dòng)方向并未沿著兩組底滑面的交棱線方向，而是沿著與交棱線傾向夾角為18°～45°的方向剪出。

3 邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算

3.1 計(jì)算工況

采用DL/T 5353-2006《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》建議的二維與三維剛體極限平衡法，對(duì)進(jìn)/出水口邊坡在施工期不同工況條件下的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算[7]。根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》，針對(duì)具體邊坡工程與建筑物關(guān)系、邊坡工程規(guī)模、工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度以及邊坡穩(wěn)定分析的不確定性等因素的分析，本工程邊坡屬A類Ⅰ級(jí)邊坡。根據(jù)類別、工況及邊坡等級(jí)，工程邊坡安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3所示。

表3 A類Ⅰ級(jí)邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)

3.2 典型計(jì)算剖面選取

穩(wěn)定分析選取與塊體主滑動(dòng)方向(NW25°)平行的剖面0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7 -7、8-8、9-9共10個(gè)剖面作為典型計(jì)算剖面，開(kāi)展相關(guān)的抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算，各計(jì)算剖面位置如圖8所示。

3.3 抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算參數(shù)

穩(wěn)定分析采用的邊坡巖體與結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)參數(shù)的地質(zhì)建議值如表4所示。

表4 穩(wěn)定分析采用的巖體與結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)的地質(zhì)建議值

3.4 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

表5列出了進(jìn)/出水口邊坡采用初步加固設(shè)計(jì)方案的抗滑穩(wěn)定分析成果。從計(jì)算結(jié)果可以看出，各計(jì)算剖面在施工期天然狀況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在0.61～1.64之間，考慮降雨影響時(shí)的安全系數(shù)在0.56～1.55之間。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)采用初步加固方案時(shí)，除剖面1-1、2-2、8-8的安全系數(shù)大于1.0外，其它剖面的安全系數(shù)小于1.0，說(shuō)明采用初步加固處理后邊坡仍出現(xiàn)明顯變形的狀況是相符的，同時(shí)也表明計(jì)算結(jié)果較好地反映了邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

表5 進(jìn)/出水口邊坡抗滑穩(wěn)定分析成果

4 邊坡加強(qiáng)支護(hù)處理措施及效果評(píng)價(jià)

4.1 邊坡加強(qiáng)支護(hù)措施

通過(guò)對(duì)邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)邊坡進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)具體為：預(yù)應(yīng)力錨索(T=2 000 kN/m，L=60 m)+混凝土擋墻加強(qiáng)支護(hù)[7](如圖9所示)；塊體坡腳部位設(shè)置重力式混凝土擋墻(擋墻1～ 5)護(hù)坡,頂寬4 m，底寬9 m，外側(cè)坡比1∶0.5，坡腳內(nèi)側(cè)底高程為1 028.50 m，外側(cè)底高程為1 029.00 m，擋墻頂高程為1 042.00 m。在高程1 042.00～1 047.00 m增加一擋墻，擋墻頂寬1.0 m，底寬3.5 m，外側(cè)坡比1∶0.5，如圖10所示。

4.2 二維抗滑穩(wěn)定分析

進(jìn)/出口邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到進(jìn)/出口的安全運(yùn)行，因此，有必要從穩(wěn)定的角度，開(kāi)展進(jìn)/出口邊坡在施工期不同工況條件下的穩(wěn)定狀況的研究，同時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索+混凝土擋墻處理措施的加固效果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

表6列出了各計(jì)算剖面，在施工期不同工況條件下的抗滑穩(wěn)定分析成果[8-10]。圖11列出了施工期天然狀況條件下部分剖面的計(jì)算簡(jiǎn)圖。從計(jì)算結(jié)果可以看出，施工期天然條件下，除剖面9-9的安全系數(shù)為0.91外，其它剖面的安全系數(shù)大于1.30。與僅考慮擋墻加固影響的結(jié)果相比，考慮擋墻+錨索加固后的安全系數(shù)增加了0.1～0.5。計(jì)算結(jié)果表明，采用擋墻+錨索聯(lián)合加固后，除剖面9-9的安全系數(shù)小于1.0，其它各計(jì)算剖面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.30，滿足規(guī)范要求。

表6 邊坡采用加強(qiáng)支護(hù)方案的抗滑穩(wěn)定分析

4.3 三維抗滑穩(wěn)定分析

表7列出了進(jìn)/出水口邊坡施工期，采用擋墻+預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固措施后的抗滑穩(wěn)定分析成果。從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)考慮擋墻+錨索加固時(shí)，若假定以剖面9-9作為上游邊界面，天然狀況下邊坡的三維安全系數(shù)大于1.85，考慮降雨影響時(shí)的安全系數(shù)大于1.70；若不引入上游邊界面假定時(shí)，天然狀況下的安全系數(shù)為1.71，考慮降雨影響時(shí)的安全系數(shù)為1.59。計(jì)算結(jié)果表明，考慮擋墻支護(hù)影響后，施工期邊坡的三維抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

表7 采用支護(hù)措施的邊坡三維抗滑穩(wěn)定分析成果

4.4 監(jiān)測(cè)成果分析

2018年9月3日開(kāi)始邊坡發(fā)生變形最大位移累計(jì)約30 mm，2018年12月對(duì)邊坡初步進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)后，邊坡變形位移量有明顯降低，但邊坡變形量仍然較大。2019年8月邊坡進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)完成后至2021年8月布置在該部位多點(diǎn)位移計(jì)變形-時(shí)間曲線處于平緩狀態(tài)(如圖12所示)，與邊坡在不同工況情況下二維、三維邊坡抗滑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果相一致。邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡處理達(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié) 論

(1) 進(jìn)/出水口邊坡，沿?cái)鄬觙1/斷層f2組成的楔體滑動(dòng)破壞是該邊坡的控制性失穩(wěn)模式。

(2) 采用規(guī)范建議的剛體極限平衡法分析邊坡在施工期的抗滑穩(wěn)定狀況，考慮采用擋墻+預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)措施后，通過(guò)計(jì)算各剖面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。邊坡可處于安全狀態(tài)。

(3) 邊坡完成加固措施后，2 a中經(jīng)歷汛期、凍融等不同自然條件下，多點(diǎn)位移計(jì)變化曲線一直處于穩(wěn)定，表明邊坡加強(qiáng)支護(hù)完成后，一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡處理效果達(dá)到預(yù)期。

在水庫(kù)運(yùn)行期間，盡量避免庫(kù)水位的大幅度驟降發(fā)生。加強(qiáng)邊坡變形觀測(cè)以便及時(shí)掌握邊坡的運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)處理。