洮河口排沙洞岩塞爆破口边坡稳定分析

孙 政，许蕴宝，田作印，宋永军

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春130021）

1 概况

刘家峡水电站位于甘肃省永靖县，距兰州市约80 km。电站总库容57.4×108m3，装机容量1 390 MW。刘家峡水库自1968年10月蓄水运用至1991年汛后，23年来全库泥沙淤积量为14.69×108m3，剩余库容42.71×108m3，库容损失25.6%；有效库容淤积 5.89×108m3，剩余有效库容 36.1×108m3，损失14.0%，平均年损失率0.61%。

洮河系黄河一级支流，在距大坝上游1.5 km的右岸汇入黄河干流，其特点是水少沙多，据统计，其多年平均入库沙量占总入库沙量的31%。增建洮河口排沙洞是解决刘家峡电站坝前泥沙问题、保障电站安全运行和渡汛非常迫切的任务。

在建的洮河口排沙洞拦截入库泥沙是刘家峡电站泥沙问题的一项十分紧迫的工程措施。主体工程排沙洞的进水口采用水下岩塞爆破方案。岩塞爆破口位于洮河出口，黄河左岸。

2 排沙洞进口洞脸边坡地质概况

排沙洞设计高程1 665～1 675 m，洞径10 m。进口洞脸边坡为层状斜向结构边坡，岩层走向与坡向夹角近垂直，倾向下游，岸坡岩性为云母石英片岩，局部夹花岗岩脉或石英岩脉。坡顶1 733 m高程出露一条断层F7。

断层F7顺坡发育，下游侧宽度2～5 cm，上游侧宽度小于1 cm，基本沿顺坡裂隙追踪发育。从下盘面擦痕判断，先期为逆断层，后有正错迹象。其走向与岩塞口的轴线近垂直，走向：N46°W、倾向SW、倾角 57°，宽 2～5 cm，由碎裂岩组成，无断层泥发育，断面平直，下盘面见一组擦痕，向下游延伸稳定，向上游追踪性裂隙延伸，有歼灭之趋势，将岸坡切割成一三面临空的三角体。

3 断层F7三角体稳定分析

该三角体位于岩塞口的正上方，在岩塞口爆破过程中和岩塞口形成后，存在整体下滑或岩塞口上部岩体下滑的可能，一旦断层切割的三角体下滑，将堵塞洞口影响排沙洞的正常运行。

3.1 断层F7参数

参照试验资料，结合工程现状及规范经验值，并通过反算分析法确定计算地质参数值，见表1。

表1 断层的地质参数建议值表

3.2 稳定性分析

根据切割三角体的滑动类型及三角体的剖面形态，稳定性分析计算采用平面型滑面滑动分析，选择以下3种工况：

工况一：自然状态；

工况二：地震基本烈度工况（地震基本烈度为Ⅶ）；

工况三：最大人工地震工况（人工地震最大地震烈度为Ⅷ）。

平面型滑面滑动分析公式：（据DL/T 5337-2006《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》）

式中：W——滑体的重力，kN；ci——滑面粘聚力，kPa；φ——滑面内摩擦角，°；L——滑面长度，m；α——坡角，°；β——结构面倾角，°；γ——滑体密度，kN·m-3；KH——地震系数，根据地震烈度确定。见表2。

表2 水平向地震系数设计烈度

将表2中不同工况条件下的基本参数代入公式，计算出不同工况条件下的断层F7上盘稳定系数，见表3。

表3 计算结果表

由上述分析计算结果可知，在天然状态下断层F7没有切穿岸坡时块体比较稳定，切穿时块体极不稳定，说明该断层尚未切穿岸坡，亦没有形成贯通的滑动面。但当断层F7在地震基本烈度工况（基本烈度Ⅶ度）下，稳定系数仅为1.02，在最大人工地震工况（基本烈度Ⅷ度）下，稳定系数为0.90，不稳定。

4 结语

通过近3年排沙洞及岩塞段爆破开挖施工验证，断层F7切割的三角体没有移动的迹象，说明天然状态下及微震动的情况下是稳定的。但是当岩塞爆破时，岩塞口高程处的岩体被破坏处于临空，加之强烈的爆破震动影响，稳定系数仅为0.90，不稳定，断层F7切割的岸坡三角体有可能整体或岩塞口上方部位岩体失稳，有堵塞岩塞口，影响排沙洞正常运行的危险。

鉴于上述情况建议对断层F7上盘三角体进行加固处理。

[1]崔冠英.水利工程地质（第3版）[M].北京∶中国水利水电出版社，2000.

[2]DL/T 5337-2006，水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程[S].