桐子林水電站下游右岸沖刷防護區邊坡穩定性評價

湯 雷，孔 科，王小波

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都 610072)

桐子林水電站下游右岸沖刷防護區邊坡穩定性評價

湯 雷，孔 科，王小波

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都 610072)

根據桐子林水電站導流明渠下游右岸沖刷防護區的真實地址條件，基于剛體極限平衡方法對沖刷防護區邊坡在各工況的整體穩定性進行了詳細分析，結果表明該邊坡在支護前只能保持“低水”工況的穩定要求，在采取錨索加固且設置深排水孔后才能保證各種工況的穩定性，可供類似工程借鑒。

沖刷防護區；剛體極限平衡；邊坡穩定；錨索；深排水孔

0 引 言

桐子林水電站是雅礱江下游最末一個梯級電站，電站裝機容量為60萬kW，以發電為主要任務，水庫具有日調節性能。導流明渠布置于右岸，渠內布置有3孔口尺寸為16.0m×21.0m(寬×高)泄洪閘，導流明渠及泄洪閘泄流將對下游右岸邊坡形成沖刷。

沖刷防護區位于壩軸線下游約596m，巖性為F1斷層下盤晚三疊系白果灣群砂頁巖，為河湖相沉積。砂巖以青灰色中細粒長石石英砂巖和泥質粉砂巖為主，泥質或硅質膠結，頁巖以砂質頁巖為主夾碳質頁巖，局部呈淺變質板巖、片巖等。沖刷防護區巖體風化主要受構造、巖性控制，其次與地形地貌及水文地質條件相關，推測右岸邊坡全強風化、強卸荷水平深度約15-25m。

根據《水電水利工程邊坡設計規范》(DL/T 5353-2006)[1]，下游右岸沖刷防護區邊坡屬于II級A類邊坡，持久工況安全系數要求值1.25-1.15，短暫工況安全系數要求值1.15-1.05。文章基于剛體極限平衡方法[2-3]對沖刷防護區邊坡在各工況的整體穩定性進行了評價并指導邊坡的設計。

1 計算條件

1.1 支護設計

沖刷防護區邊坡在高程1018.00m處為桐雅公路，且在高程1038.00m與1058.00m處各布置了一級馬道。高程1018.00m以下設置了間距4.0m的4排錨索，50.00m與60.00m交錯布置，張拉噸位200t；1018.00-1038.00m之間設置了間排距5.0m的4排錨索，50.00m與60.00m交錯布置，張拉噸位200t；高程1038.00-1058.00m之間設置了間排距5.0m的3排錨索，50.00m與60.00m交錯布置，張拉噸位100T；高程1058.00m以上設置了間排距5.0m的3排錨索，50.00m與60.00m交錯布置，張拉噸位100t。邊坡支護錨索立面布置圖見圖1。

圖1 邊坡支護錨索立面布置圖

選取了邊坡最高的斷面1#與2#斷面進行穩定性評價，具體斷面圖見圖2-3。

圖2 1#斷面支護布置圖

圖3 2#斷面支護布置圖

1.2 計算工況及荷載

文章主要分析了沖刷防護區邊坡在以下各工況的整體穩定性：支護前-無水，支護前-低水，支護前-高水，支護后-低水?！暗退北硎驹谶吰律显O置了深排水孔降低坡內水位；“高水”表示在降雨后較短暫的時間內，水沿著坡面下流的狀態。

計算中的荷載主要包括邊坡圍巖自重和孔隙水壓力。計算中“低水”狀態下邊坡中的地下水位線位于坡面以下8.00m左右，“高水”狀態下的水位線沿著邊坡坡面線；“低水”狀態通過在邊坡中設置深排水孔來實現；“暴雨”工況下由于設置了排水孔，地下水位設定于坡下3.00m左右；“地震”工況反應地下水位線位于坡面以下8.00m左右，地震烈度為VII，相應的地震加速度為0.15g。

1.3 計算理論

根據《水電水利工程邊坡設計規范》(DL/T5353-2006)，對于風化、卸荷的自然邊坡，宜采用下限解法做穩定分析，推薦采用摩根斯頓-普賴斯法(Morgenstern-Price)進行抗滑穩定計算，本計算主要采用該方法對桐子林導流明渠下游右岸邊坡防護工程的穩定性進行評價。

1.4 材料參數

據地質勘探揭示，該沖刷防護區邊坡主要為V類砂頁巖，坡腳以下存在少量的V類圍巖。沖刷防護區物理力學指標建議值見表1。

表1 沖刷防護區巖體物理力學參數表

2 計算結果

2.1 1#斷面

1#斷面在各計算工況下的典型滑裂面圖見表1，1#斷面在各計算工況下的安全系數見圖4。

Ⅰ支護前-無水

Ⅱ支護前-低水

Ⅲ支護前-高水

Ⅳ支護后-低水

Ⅴ支護后-高水

Ⅵ支護后-暴雨

Ⅶ支護后-地震

表2 1#斷面各工況的安全系數結果

3.2 2#斷面

1#斷面在各計算工況下的典型滑裂面圖見圖5，1#斷面在各計算工況下的安全系數見表3。

Ⅰ支護前-無水

Ⅱ支護前-低水

Ⅲ支護前-高水

Ⅳ支護后-低水

Ⅴ支護后-高水

Ⅵ支護后-暴雨

Ⅶ支護后-地震

表3 2#斷面各工況的安全系數結果

4 結論與建議

通過采用剛體極限平衡方法分析下游右岸沖刷防護區的基巖邊坡整體穩定性，可得出如下結論。

1)1#斷面與2#斷面在支護前的“低水”狀態均能滿足規范的短暫工況要求，但不能滿足邊坡的持久工況要求。

2)1#斷面與2#斷面在支護前的“高水”狀態均不能滿足規范的穩定要求，在遇到下雨時，邊坡極有可能失穩。

3)1#與2#斷面在采用錨索加固以后，在邊坡上設置排水孔的情況下，均能保持邊坡在長久工況下的穩定。

4)1#與2#斷面在采用錨索加固以后，在邊坡上設置排水孔的情況下，在暴雨工況和地震工況下均能滿足規范要求。

[1]中華人民共和國水利部.DL/T5353-2006水電水利工程邊坡設計規范[S].北京:中國電力出版社,2007.

[2]張熙海,楊余旺,王曉青.土坡穩定性計算極限平衡方法綜述[J].華南地震,2006,26(02):28-35.

[3]陳昌富,朱劍鋒,龔曉南.基于響應面法和Morgenstern-Price 法土坡可靠度計算方法[J].工程力學,2008(10):166-172.

1007-7596(2017)10-0030-03

TV221.2

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2017-09-20

湯雷(1986-)，男，湖南郴州人，工程師，從事施工組織設計工作；孔科(1984-)，男，四川廣安人，高級工程師，博士，從事施工組織設計工作；王小波(1983-)，男，江蘇海安人，高級工程師，從事施工組織設計工作。