水库建筑物进出口边坡稳定性分析
罗媛
摘 要：水库建筑物进出口距离大坝等水工建筑物较近，如果其边坡处于失稳状态则会极大地影响相邻的主要水工建筑物，为此，要关注和重视对水库建筑物进出口的近坝库岸边坡建设，结合梯级水库群中近坝库岸边坡的设计施工工况特点，采用边坡快速稳定分析方法反演边坡受水位变化影响的安全性状，解决水库建筑进出口边坡稳定性的关键性问题，确保水库建筑物进出口边坡的稳定性。
关键词：水库；边坡；稳定性
中图分类号：TV1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）4-0078-02
1 引言
水库建筑物进出口位于主要水工建筑物附近，其稳定性状态对于邻近的主要水工建筑物有极其关键的影响。重视对水库建筑物进出口边坡稳定性的分析，由于库岸边坡分布地域较广且地质状况复杂，如果采用传统的稳定性分析则会因分析工作量巨大而出现与实际不相符合的问题，因此要切实考虑水库的水位变化情况，采用快速、简便可操作的水库近坝库岸边坡稳定性分析方法，以较好地避免水库建筑物进出口边坡失稳而引发的库水满溢危及大坝的问题，实现水库流域的正常调度。
2 水库建筑物进出口边坡安全稳定性评价标准
水库建筑物是梯级水库群中确保泄流、防洪的基础设施，在现行的水库建筑物进出口边坡安全稳定性评价之中，大多是基于单库单坝的单一安全系统条件下而建立的标准，为此，要考虑边坡的风险因素，完善水库建筑物进出口边坡安全标准体系。
当前的水库建筑物出口边坡安全稳定性等级可以按照其所服务的枢纽工程等级、建筑物级别、边坡位置、边坡失稳的影响程度进行划分，通常来说，失稳风险度较大、地质条件复杂的边坡，其安全稳定性系数应当取上限值；边坡出现变形但尚未失稳可以采用边坡稳定最小安全系数标准的大值；尤其关键或有变形幅度要求的边坡则要确定安全系数设计标准，要高于上限值。在正常的工况之下，水库建筑物进出口边坡的稳定安全系数取值应当在1.3～1.5的范畴之间。
在梯级水库群之中，对于控制性高坝要采用超常规的特1级建筑物、特2级建筑物，并对应相关的边坡安全稳定性指标。
3 工程实例分析
以某水库为例，该水库的坝址位于支流河域中的村庄附近，水库控制流域面积为1915km2，洪水水位为275m，相应库容为6.08×109m3，正常蓄水水位为254m，相应库容为3.05×109m3，其泄洪洞的进口高程为206.7m，导流洞的进口高程为178.68m，水库的地质岩石结构的上部为中寒武系的直立灰岩陡壁、下部为下寒武系页岩，有极其明显的泄洪洞、导流洞的进出口边坡稳定性问题。为此，要分析水库进出口边坡的地质条件，分析边坡的破坏模式，采用切实有效的边坡稳定性分析方法进行评价。
3.1 邊坡岩体力学参数的选取
对水库建筑物进出口边坡的岩体开展野外岩体力学原位试验，通常选取弱风化和微风化的岩体，以野外岩体力学的原位试验参数取值为依据，利用精测线法开展对强风化岩体的节理裂隙测量和计算，在对岩体力学参数进行统计分析之下，假设天然边坡处于稳定状态的前提进行反算校正，确定如下边坡岩体力学参数的综合取值（见表1）。
3.2 边坡岩体破坏模式
水库边坡的山体破坏有不同的模式，从上部山体岩体的破坏模式来看，由于山体上硬下软及未来库水的作用和影响，导致上部边坡山体岩体出现倾倒破坏、座滑破坏和蠕滑拉裂破坏等现象。从两洞进出口边坡的破坏模式来看，其岩体大多为较差的Ⅳ类岩体，且呈现出层状的碎裂结构，由于其进出口的边坡处的岩体结构大多为陡倾角节理，因而其出现结构面组合滑动的破坏几率较小，而大多是以弧状剪切滑移的方式出现切层滑动破坏。
3.3 水库建筑物进出口边坡稳定性评价
在水库建筑物的进出口边坡变形现状的考察和分析之下，可以采用定量分析方法，实现对进出口边坡稳定性的评价和分析。
3.3.1 赤平极射投影分析
赤平极射投影分析是一种用于水库建筑物进出口边坡稳定性评价的定量分析方法，它可以借助于赤平极射投影图，快速而准确地确定岩体中结构面、临空面之间的夹角组合关系，了解岩体的具体结构，并通过岩体的强度参数判断和分析边坡结构面组合破坏的可能性。图1即为水库建筑物导流洞进口结构面的赤平极射投影分析图。
图1中，j代表结构面，小圆代表摩擦圆，结构面的内摩擦角为300，r1代表倾角为730时的边坡，r2为倾角为530时的边坡。对水库两洞进出口边坡的赤平投影进行对比分析，可以对水库的边坡稳定性得出如下结论：两洞出口边坡沿结构面发生组合滑动的可能性不大；进口边坡结构面出现组合滑动的几率较小；当进口边坡在730时，有可能会沿着N520W∠610的方向滑动；当进口边坡的倾角为600时，则不会出现边坡滑动的破坏现象；边坡设计角不可过小。
3.3.2 刚体极限平衡分析
水库的泄洪洞和导同的进出口边坡的剖面形态、地质条件大体一致，为此，可以取三个具有典型意义的计算剖面，仅对导流洞进口左侧的边坡剖面进行稳定性分析。
无突出软弱结构面的边坡主要是表现为垂直裂缝加圆弧型的破坏模式，结合该水库建筑物进出口边坡岩体的结构特点，可以将该边坡的破坏模式假设为垂直裂缝加圆弧形，并使之呈张开的状态，粘聚力为0。基于这一假设性前提，采用穷举法分析边坡的各种不同工况并加以计算，并将其分为有震和无震的情况进行系数选取，如表2所示。
由表2可知，水库进出口边坡在不同工况下的稳定状态良好，其稳定性系数均超过了1.5，没有深层整体滑移的危险。
4 结论
总之，水库建筑物进出口边坡的稳定性分析要充分考虑其工程地质条件，对边坡岩体进行工程地质划分，了解其破坏的模式，并利用不同的分析方法进行稳定性计算和评价，以全面把握水库建筑物进出口边坡的状态。
参考文献：
[1]贺新星，王瑞骏，闫菲.厚层淤泥质地基高土石围堰边坡抗滑稳定敏感性分析[J].水资源与水工程学报，2016（06）.
[2]刘子振，言志信.降雨入渗非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法研究[J].岩土力学，2016（02）.
[3]陈南，吴立坚，周勇，邓捷.红黏土边坡浅层破坏机理及稳定评价方法[J].公路交通科技，2016（03）.
摘 要：水库建筑物进出口距离大坝等水工建筑物较近，如果其边坡处于失稳状态则会极大地影响相邻的主要水工建筑物，为此，要关注和重视对水库建筑物进出口的近坝库岸边坡建设，结合梯级水库群中近坝库岸边坡的设计施工工况特点，采用边坡快速稳定分析方法反演边坡受水位变化影响的安全性状，解决水库建筑进出口边坡稳定性的关键性问题，确保水库建筑物进出口边坡的稳定性。
关键词：水库；边坡；稳定性
中图分类号：TV1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）4-0078-02
1 引言
水库建筑物进出口位于主要水工建筑物附近，其稳定性状态对于邻近的主要水工建筑物有极其关键的影响。重视对水库建筑物进出口边坡稳定性的分析，由于库岸边坡分布地域较广且地质状况复杂，如果采用传统的稳定性分析则会因分析工作量巨大而出现与实际不相符合的问题，因此要切实考虑水库的水位变化情况，采用快速、简便可操作的水库近坝库岸边坡稳定性分析方法，以较好地避免水库建筑物进出口边坡失稳而引发的库水满溢危及大坝的问题，实现水库流域的正常调度。
2 水库建筑物进出口边坡安全稳定性评价标准
水库建筑物是梯级水库群中确保泄流、防洪的基础设施，在现行的水库建筑物进出口边坡安全稳定性评价之中，大多是基于单库单坝的单一安全系统条件下而建立的标准，为此，要考虑边坡的风险因素，完善水库建筑物进出口边坡安全标准体系。
当前的水库建筑物出口边坡安全稳定性等级可以按照其所服务的枢纽工程等级、建筑物级别、边坡位置、边坡失稳的影响程度进行划分，通常来说，失稳风险度较大、地质条件复杂的边坡，其安全稳定性系数应当取上限值；边坡出现变形但尚未失稳可以采用边坡稳定最小安全系数标准的大值；尤其关键或有变形幅度要求的边坡则要确定安全系数设计标准，要高于上限值。在正常的工况之下，水库建筑物进出口边坡的稳定安全系数取值应当在1.3～1.5的范畴之间。
在梯级水库群之中，对于控制性高坝要采用超常规的特1级建筑物、特2级建筑物，并对应相关的边坡安全稳定性指标。
3 工程实例分析
以某水库为例，该水库的坝址位于支流河域中的村庄附近，水库控制流域面积为1915km2，洪水水位为275m，相应库容为6.08×109m3，正常蓄水水位为254m，相应库容为3.05×109m3，其泄洪洞的进口高程为206.7m，导流洞的进口高程为178.68m，水库的地质岩石结构的上部为中寒武系的直立灰岩陡壁、下部为下寒武系页岩，有极其明显的泄洪洞、导流洞的进出口边坡稳定性问题。为此，要分析水库进出口边坡的地质条件，分析边坡的破坏模式，采用切实有效的边坡稳定性分析方法进行评价。
3.1 邊坡岩体力学参数的选取
对水库建筑物进出口边坡的岩体开展野外岩体力学原位试验，通常选取弱风化和微风化的岩体，以野外岩体力学的原位试验参数取值为依据，利用精测线法开展对强风化岩体的节理裂隙测量和计算，在对岩体力学参数进行统计分析之下，假设天然边坡处于稳定状态的前提进行反算校正，确定如下边坡岩体力学参数的综合取值（见表1）。
3.2 边坡岩体破坏模式
水库边坡的山体破坏有不同的模式，从上部山体岩体的破坏模式来看，由于山体上硬下软及未来库水的作用和影响，导致上部边坡山体岩体出现倾倒破坏、座滑破坏和蠕滑拉裂破坏等现象。从两洞进出口边坡的破坏模式来看，其岩体大多为较差的Ⅳ类岩体，且呈现出层状的碎裂结构，由于其进出口的边坡处的岩体结构大多为陡倾角节理，因而其出现结构面组合滑动的破坏几率较小，而大多是以弧状剪切滑移的方式出现切层滑动破坏。
3.3 水库建筑物进出口边坡稳定性评价
在水库建筑物的进出口边坡变形现状的考察和分析之下，可以采用定量分析方法，实现对进出口边坡稳定性的评价和分析。
3.3.1 赤平极射投影分析
赤平极射投影分析是一种用于水库建筑物进出口边坡稳定性评价的定量分析方法，它可以借助于赤平极射投影图，快速而准确地确定岩体中结构面、临空面之间的夹角组合关系，了解岩体的具体结构，并通过岩体的强度参数判断和分析边坡结构面组合破坏的可能性。图1即为水库建筑物导流洞进口结构面的赤平极射投影分析图。
图1中，j代表结构面，小圆代表摩擦圆，结构面的内摩擦角为300，r1代表倾角为730时的边坡，r2为倾角为530时的边坡。对水库两洞进出口边坡的赤平投影进行对比分析，可以对水库的边坡稳定性得出如下结论：两洞出口边坡沿结构面发生组合滑动的可能性不大；进口边坡结构面出现组合滑动的几率较小；当进口边坡在730时，有可能会沿着N520W∠610的方向滑动；当进口边坡的倾角为600时，则不会出现边坡滑动的破坏现象；边坡设计角不可过小。
3.3.2 刚体极限平衡分析
水库的泄洪洞和导同的进出口边坡的剖面形态、地质条件大体一致，为此，可以取三个具有典型意义的计算剖面，仅对导流洞进口左侧的边坡剖面进行稳定性分析。
无突出软弱结构面的边坡主要是表现为垂直裂缝加圆弧型的破坏模式，结合该水库建筑物进出口边坡岩体的结构特点，可以将该边坡的破坏模式假设为垂直裂缝加圆弧形，并使之呈张开的状态，粘聚力为0。基于这一假设性前提，采用穷举法分析边坡的各种不同工况并加以计算，并将其分为有震和无震的情况进行系数选取，如表2所示。
由表2可知，水库进出口边坡在不同工况下的稳定状态良好，其稳定性系数均超过了1.5，没有深层整体滑移的危险。
4 结论
总之，水库建筑物进出口边坡的稳定性分析要充分考虑其工程地质条件，对边坡岩体进行工程地质划分，了解其破坏的模式，并利用不同的分析方法进行稳定性计算和评价，以全面把握水库建筑物进出口边坡的状态。
参考文献：
[1]贺新星，王瑞骏，闫菲.厚层淤泥质地基高土石围堰边坡抗滑稳定敏感性分析[J].水资源与水工程学报，2016（06）.
[2]刘子振，言志信.降雨入渗非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法研究[J].岩土力学，2016（02）.
[3]陈南，吴立坚，周勇，邓捷.红黏土边坡浅层破坏机理及稳定评价方法[J].公路交通科技，2016（03）.
