基于极限平衡法的西南某水电边坡的稳定性研究

    黄宇

    

    

    

    摘要：西南某水电边坡发育有较多的挤压破碎带、片岩软弱带以及沿层面的石英脉，边坡岩体较破碎，软岩和硬岩呈互层分布。采用极限平衡法对边坡开挖后现有支护条件下进行了不同工况的稳定性计算，计算结果表明：边坡只有在开挖不支护的工况下才处于不稳定状态，其他不论是蓄水、降雨和地震工况，虽然稳定性系数有所变化，但是边坡整体均处于稳定状态。

    1.引言

    我国西南地区地处青藏高原东侧，受青藏高原持续隆升的影响，在青藏高原、云贵高原和四川盆地之间形成了总体呈南北走向的地形坡降带，地势高差变化较大，水能资源尤为丰富。，构成了我国大陆地形的从西向南急剧骤降的特点。水是边坡失稳的最活跃、最普遍的因素，同时也是最难确定和定量研究的因素。对于水电站边坡而言，影响边坡稳定性的水环境因素主要表现在蓄水和库水位变化或者两者的最不利组合。倾倒变形破坏在我国的水电工程岸坡中比较常见，在通常情况下，倾倒变形不至于引起坡体的快速变形破坏，但如果不加以控制，仍然可能导致大范围的裂隙发育岩体产生拉裂隙、崩塌等不同形式的破坏甚至深层滑坡。

    2.边坡工程地质条件

    边坡地层由中侏罗系花开左组和白垩系景星组等地层组成，岩体由浅变质薄层状及板状碎屑岩系组成，其岩石建造包括板岩、片岩、千枚岩及变质石英砂岩等四类岩石。此外，边坡发育有第四系覆盖层，主要为崩坡积物、冲洪积物。

    边坡地层走向NNW、倾角近直立，总体产状：N8°～12°W/NE（或SW）∠73°～90°。在北北西向构造带和近南北向构造带的影响下，水电站区地质构造较为发育，主要地质构造有：断层、层间挤压破碎带、片岩软弱带以及小型石英脉。断层、层间挤压破碎带、片岩软弱带以及小型石英脉主要表现为顺层北北西向挤压性或者压扭性。

    3.边坡支护方案描述

    边坡设计底面高程为1370m，开挖支护方法属于边开挖边支护。分三种支护类型，A型支护、B型支护、C型支护，如

    4.边坡稳定性计算

    4.1计算方法

    对本边坡的稳定性计算采用《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）所推荐的刚体极限平衡方法。刚体极限平衡方法以莫尔库伦剪切破坏准则为理论基础，计算原理较为简单、易于理解，是一种比较成熟的边坡稳定性分析的方法。本文稳定性计算采用加拿大GEO-SLOPE国际有限公司开发的仿真数值模拟软件GEO-S tudio对边坡稳定性进行计算。

    4.2计算剖面、参数和工况选取

    根据资料，边坡岩体主要为倾倒变形岩体，边坡的前期研究资料表明边坡变形的主要原因是岩体倾倒变形。选取边坡一个剖面进行极限平衡法稳定性计算，计算模型如图2。

    计算方法采用摩根斯坦-普莱斯（Morgenstern-Price）法、瑞典条分法、简布（Janbu）法和毕肖普（Bishop）法四种方法。根据边坡所处的环境条件，该边坡开挖支护后将可能面临四种状态：天然状态；暴雨；蓄水；地震，拟定5种工况对比分析：（1）开挖状态；（2）：开挖+支护；（3）：开挖+支护+蓄水；（4）：开挖+支护+暴雨；（5）：开挖+支护+地震。根据之前的勘探资料：工程场址区50年超越概率10%的基岩地震动峰值加速度为131.9gal，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。地震工况取131.9gal作为地震动参数。本次极限平衡计算采用的计算参数取值见下表。

    4.3计算结果

    本次计算结果见下表3。根据《水电水利工程边坡设计规范》（DL/r5353-2006）规定，水电边坡稳定性评价标准见表4。

    5.结论

    过上述极限平衡理论的边坡稳定性评价得到如下结论：

    边坡在工况l情况下稳定性系数约为0.81，为不稳定状态；边坡在工况2情况下稳定性系数约为1.32，为稳定状态；边坡在工况3情况下稳定性系数约为1.24，为稳定状态；边坡在工况4情况下稳定性系数约为1.21，为稳定状态。