黄金坪水电站进水口边坡变形机制分析

柯善军，凡 亚，张俊洁

（1.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072；2.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

黄金坪水电站枢纽建筑物主要由沥青混凝土心墙堆石坝、1条岸边溢洪道、1条泄洪（放空）洞、左岸大厂房引水发电建筑物和右岸小厂房引水发电建筑物等组成，装机容量850MW。引水隧洞进口边坡和泄洪洞进口边坡采取联合开挖方式，以下统称为进水口边坡。开口线以上为自然边坡，开口线以下为工程边坡，最大坡高205m，沿河长约180m，设计开挖坡比为1∶0.5。

黄金坪水电站进水口自然边坡裂缝大约在2011年8月中旬出现，至2011年12月下旬，巡检发现该裂缝继续加速增长，工程边坡局部和部分锚索框格粱也出现裂缝。进水口边坡稳定性直接影响枢纽建筑物及施工安全。本文在研究边坡变形破坏特征的基础上，根据变形监测等数据分析，提出边坡变形机制，为治理边坡提供设计依据。

1 边坡工程地质条件

黄金坪水电站进水口边坡位置如图1所示。进水口部位除前缘及坡脚部位为泥石流堆积及边坡崩坡堆积外，大部分部位基岩裸露，岩性为晋宁-澄江期斜长花岗岩（γ02(4)），岩体致密坚硬，风化较弱。工程边坡浅表层岩体松动，卸荷强烈，较破碎，且结构面不利组合较多，稳定性较差，存在滑移拉裂、崩塌等多种破坏形式。自然边坡坡体分布有一定数量的危石或孤石，在中、强度地震、暴雨等不利工况易发生崩塌。

图1 进水口边坡位置示意图

进水口工程边坡强卸荷水平深度为60～110m，开挖后残余水平深度为27～100m，弱风化弱卸荷水平深度大于150m。边坡岩体主要呈块裂结构，属Ⅳ类；部分呈散体碎块状、碎裂结构，属Ⅴ类。

进水口自然边坡为突出山脊，两侧为小型冲沟，地形坡度35°～40°。地层主要为崩坡积块碎石土，结构稍密。地下水为第四系松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水，崩坡积块碎石土和强卸荷岩体均具强透水性，具有地表水和地下水快速下渗的条件。

2 边坡变形监测与支护设计

2.1 边坡变形破坏特征

地表调查发现进水口自然边坡有17处裂缝，走向大致顺边坡呈弧状延伸。巡视后发现原有裂缝普遍宽度变大，且局部基本贯通。同时发现新增裂缝9条，进入12月后，裂缝变形进一步加剧，最大宽度达15cm。

巡检发现工程边坡有12处裂缝，探窗显示岩体没有明显变形。调查表明主要为后期自流混凝土与前期挂网混凝土之间脱落张开，内层混凝土没有明显裂缝迹象。2011年12月27日巡视时发现局部混凝土和框格梁出现裂缝。自然边坡裂缝位置如图2所示。

图2 自然边坡裂缝示意图

2.2 变形监测分析

监测仪器及设施主要有：多点位移计、锚索测力计、锚杆应力计和外部变形观测墩。进水口边坡监测布置情况如图3所示。

监测数据表明：进水口自然边坡变形较为明显，各测点变形速率、变形量级较为接近。边坡变形深度较深，范围较大，呈现出整体变形特征。边坡变形呈持续递增和明显张开趋势，张裂区域集中在山脊部位。

图3 进水口边坡监测布置示意图

2.3 前期支护设计

进水口边坡支护参数如下：

1）A类支护，适用于1469.00～1481.00m高程边坡。喷C25混凝土，厚10cm；挂Φ6.5钢筋网，网格间、排距15cm。设Φ25、L＝4.5m，Φ28、L＝6m和Φ32、L＝9m三种锚杆进行支护，锚杆间、排距为1.5m，梅花形交替交错布置。

2）B类支护，适用于1481.50～1540.00m高程边坡。喷C25混凝土，厚15cm；挂Φ6.5钢筋网，网格间、排距15cm。设Φ28、L＝6m和Φ32、L＝9m两种锚杆进行支护，锚杆间、排距1.5m，梅花形交替交错布置。

3）C类支护，适用于1540.00m高程以上边坡。喷C25混凝土，厚15cm；挂Φ6.5钢筋网，网格间、排距15cm。设Φ28、L＝6m和Φ32、L＝9m两种锚杆进行支护，锚杆间、排距1.5m，梅花形交替交错布置。

4）D类支护，适用于1469.50m高程以下边坡。喷C25混凝土，厚10cm；挂Φ6.5钢筋网，网格间、排距15cm。设Φ25、L＝4.5m，Φ28、L＝6m和Φ32、L＝9m三种锚杆进行支护，锚杆间、排距1.5m，梅花形交替交错布置。

5）E类支护，适用于覆盖层边坡。喷C25混凝土，厚10cm。挂Φ6.5钢筋网，网格间、排距15cm。设Φ27、L＝6m自进式锚杆进行支护，锚杆间、排距1.5m，梅花形交错布置。

6）1469.50m高程以上边坡设置排水孔，孔径Φ50，孔深4m，仰角5°，间、排距3m，梅花形布置。

7）为了防止天然边坡的落石等对引水隧洞进口边坡和建筑物的破坏，根据实际情况在截水沟外侧设置柔性防护网。

8）边坡开口线外侧根据实际情况设置锁口锚杆束，各马道外侧设置锁口锚杆束。

进水口边坡锚索、框格梁布置情况如图4所示。

图4 进水口工程边坡锚索、框格梁布置示意图

3 变形机制分析

3.1 边界条件

1）主滑面。开挖揭示工程边坡规模相对较大且对边坡整体稳定具不利影响的主要为fy-3断层和f01-1-1断层。fy-3断层可见长度约52m，宽0.3～1.2m，岩屑夹泥型，缓倾坡外，但其上、下游侧受fy-1与fy-2断层限制，主要影响边坡局部稳定。f01-1-1断层主要出露于进水口部位，缓倾坡外，倾角5°～15°，为泥夹岩屑型—岩屑夹泥型。工程边坡大面积开挖卸荷、削脚，加之支护滞后，其应力状态改变明显，不利于边坡整体稳定。

2）侧向切割面。开挖揭示工程边坡无贯穿性长大侧向切割面，与边坡大角度相交、规模相对较大的为fy-2、fy-31断层及数条辉绿岩脉破碎带，均分布在工程边坡上游侧及中部，但延伸长度有限，一般均在25～40m，不能构成控制性边界。边坡地处山脊，三面临空。

3）后缘切割面。前期地表调查表明，f10断层位于开口线附近，与边坡走向夹角不大，斜切山脊，宽度1.0m左右，延伸长度大于50m,倾角70°～80°，但f10断层在泄洪洞边坡中没有出露，其仅能构成部分后缘切面。

3.2 变形机制

边坡局部具备后缘切割面、平缓的底滑面、无控制性的侧向切割面，但由于边坡地处山脊，三面临空，在大面积开挖、削脚后，底滑面f01-1-1断层出露于坡脚，加之山体内黄金坪隧洞、泄洪洞及其施工支洞的开挖，对边坡应力状态改变较大，边坡存在沿f01-1-1断层滑动变形调整的可能。

结合地质、监测资料分析，进水口边坡大面积开挖、削脚后，没有及时支护，加之山体内黄金坪隧洞、泄洪洞及其施工支洞的开挖，对边坡应力状态改变较大，边坡内部松动、破碎岩体产生塑性变形，表现为向临空方向蠕变；自然边坡上的覆盖层则因下部松动、破碎岩体压缩、蠕变而发生不均匀沉降，形成张裂缝。以上表明，进水口边坡正处于开挖卸荷后的整体变形阶段。

综上所述，进水口边坡天然状态下整体基本稳定，工程边坡开挖后，岩体卸荷，应力重新调整，由于支护滞后，强卸荷带内一定范围的松动破碎岩体因应力调整产生压缩、蠕变，导致边坡向临空方向变形，该变形会持续一段时间，若不能采取及时有效的支护，将会导致边坡整体破坏。

4 结语

黄金坪水电站进水口工程边坡为A类Ⅰ级边坡，地质条件复杂，卸荷作用强烈，开挖对边坡稳定性有一定影响。建议边坡支护设计应考虑卸荷松动破碎岩带及断层破碎带对稳定性的影响，并在施工开挖过程采取及时有效的加固处理措施。

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