泸定某水电站厂房后边坡稳定性评价

李飞腾，黎玺克

（1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都610059；2.甘肃铁道综合工程勘察院有限公司，兰州730000）

0 引言

泸定县辖区内水力资源丰富，目前已有多座已建与在建水电站。县内某在建水电站位于大渡河一级支流湾东河，本水电站厂址区选在湾东河畔一Ⅱ级阶地上。厂址边坡后有一坡度在40°～45°之间的高陡边坡。边坡地表覆盖层厚度在10～15m，坡体覆盖物较松散，在目前的状态下为基本稳定的状态，但在暴雨、地震等不利工况下，加上边坡前缘厂区的修建需要开挖边坡前缘，易使边坡发生渐进式破坏。因此对本边坡的稳定性进行分析具有明显的工程实际意义，是必要的。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区所在区域地势总体西高东低，为中—高山区。河谷断面多呈深“V”型，属于深切割地貌，河谷边坡坡度多在40°～50°。厂址后边坡坡度在40°～45°，此边坡上陡下缓，植被覆盖较好，多为灌木。坡脚处为湾东河Ⅱ级阶地。

1.2 地层岩性

据地表调查与区域地质资料，厂房边坡范围内出露的第四系地层主要有：以块碎石为主，呈灰黄色、青黄色的全新统崩坡积（Qcol＋dl4）；以磨圆度很好的青灰色的花岗闪长岩块为主的泥石流堆积物（Qsef4）。厂房边坡范围内出露的基岩为澄江期花岗（闪长）岩（δ12），为岩浆侵入岩，花刚结构，岩质坚硬。

1.3 地质构造

研究区地质构造较复杂，断裂褶皱较发育。对边坡影响较大的构造有磨西断裂，得妥断裂（大渡河断裂）。厂房后边坡即位于磨西断裂东盘之上。边坡距其西侧的磨西断裂为0.30km，距得妥断裂为3.5km。边坡所在地区相应的基本地震设防烈度为Ⅷ度，未来50a超越概率为10%基岩水平峰值加速度值为282cm／s2。

1.4 气象水文

根据邻近海螺沟气象站气象资料统计，研究区年平均气温4.4℃，多年平均年降雨量1 959.5mm。降雨主要集中在每年的5月—9月，占年降水量的72.9%。每年降雪时期较长，除6月—8月一般不降雪外，其余月份都有降雪。

区内水系属岷江支流大渡河水系，厂址处流域内，厂址上游不远处有银厂沟汇入。边坡处的地下水类型主要为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水。第四系花散层透水性好，富水性贫乏。两类地下水都主要由降雨补给。

2 边坡变形破坏特征及其影响因素分析

2.1 边坡变形破坏特征

研究区边坡的变形破坏机制为后退式的渐进破坏，为沿着基覆界面滑动的土质边坡。

本文所研究的边坡由崩坡积堆积而成的块碎石土组成，边坡覆盖物厚度约10～15m，结构松驰。厂房边坡地表植被覆盖较好，边坡地形坡度约40°，下部阶地处地形平缓，为边坡前缘的阻滑段。厂房边坡整体上无明显的变形破坏迹象，下部公路上方没有发现明显的变形破坏迹象；在边坡中部公路上下，由于公路的边坡开挖和开挖后弃渣的堆放，有小规模的堆积体下错现象。另外边坡局部可见浅层地表溜滑。

2.2 边坡变形破坏影响因素分析

2.2.1 边坡变形破坏的内在因素分析

（1）地形因素：在青藏高原长期抬升的背景下，研究区处于其抬升影响范围内，故研究区形成了明显的高山峡谷地貌，同时在长期的河流下蚀作用下，研究区的硬质花岗岩容易形成陡坡地貌。边坡整体在40°～45°的地形坡度下，再加上厂房后边坡本身的箕形外部形态，为边坡向临空方向的变形提供了地形地貌条件。

（2）物质因素：研究区的基岩为硬质的花岗岩，在长期的内外营力作用下解体覆盖在基岩表面，形成内部结合力不好的覆盖层，其透水能力好，降雨容易下渗。另地表的强烈风化形成的土壤类产物，在降雨等情况下易饱和，使其物理力学参数下降。这些都为边坡变形破坏奠定了物质基础。

（3）构造因素：厂房边坡所处区域地质构造复杂，边坡距离最近的磨西断裂仅有0.30km的距离，受其影响会相当强大。同时在新构造运动的影响下，边坡基岩岩体结构会愈加松散，发育不利于边坡稳定性的结构面。

2.2.2 滑坡变形破坏的外在因素分析

（1）降雨影响：研究区多年降雨统计显示，区域降雨多集中在夏季，易出现短时间内的强降雨。在此情况下，边坡坡体在降雨后出现坡体覆盖物重度增加，基覆界面物质的物理力学性质下降，连起的稳定性因此而趋差。由此可见降雨的影响为引发边坡可能失稳的一个重要外在因素。

（2）地震影响：在近场范围内，迄今已有5次Ms≥4.7级的破坏性地震记载；1970年—2005年以来近代地震活动的主要表现形式为ML＜4.7级的中、小地震，共记到 ML＝1.0—4.6级地震2 174次。由此可见，虽然在研究区无出现强震及其以上的地震，但由于研究区处于断裂构造的活动地带，且离一断层较近，因此在可能出现地震的情况下，边坡在水平地震分力的作用下有失稳的趋势。

（3）人类工程活动：在边坡范围内，边坡中部修建了一条公路，拟建厂址又位于边坡前缘，对前缘的切坡如处理不当，将会是边坡失稳的直接外部因素。

3 边坡稳定性评价

3.1 边坡稳定性定性评价

根据现场调查和分析，对厂房边坡的整体和局部稳定性宏观判断如下：

湾东电站厂房边坡的三层式结构，由地表的块碎石土、浅表的泥石流堆积，和下伏的花岗（闪长）岩组成。边坡的整个坡度在40°～45°之间，地表覆盖层厚度在10～15m之间，坡体覆盖物较松散，在长期的自然趋稳过程中，已经达到了基本平衡，在自然条件下，再加上边坡下部和中部的公路对其的影响，目前整体判定为基本稳定，局部有发生小规模地表崩塌的可能；若在边坡前缘的阶地上开挖，再加上边坡上出现的人为因素，若在暴雨或者地震等不利条件下，则开挖后边坡的整体稳定性较差，极易发生后退式的递进滑塌。

3.2 稳定性定量计算

研究区边坡的定量计算分析在定性分析的基础上针对会对厂房区产生影响的边坡范围，在充分搜集其现场和历史资料条件下，结合其定性分析，按照《水电水利工程边坡设计规范》推荐的方法，结合本工程实际，进行定量计算分析。

根据本边坡的实际情况，结合分析，选取剖面Ⅰ－Ⅰ作为稳定性计算剖面。如图1。

图1 滑坡稳定性计算剖面Ⅰ－Ⅰ

根据本边坡所处的场地条件，选取以下3种工况进行计算：选取以下3种工况进行计算：

（1）工况Ⅰ：天然；

（2）工况Ⅱ：天然＋暴雨；

（3）工况Ⅲ：天然＋地震。

根据勘察数据成果，结合坡体的发育特征，按照DL／T 5353—2006《水电水利工程边坡设计规范》，采用附录E中的不平衡推力传递法，对边坡进行抗滑稳定性进行计算。规范中推力传递法的计算公式如下：

式中：Ri——第i滑动条块底面的抗滑力；

Ti——第i滑动条块底面的滑动力；

ψi——确定第i滑动条块界面推力的传递系数，ψ1＝l；

Wi——第i滑动条块自重；

Qi、Yi——分别为作用在第i条块上的外力（包括地震力、锚索和锚桩提供的加固力和表面荷载）在水平向和垂直向分力；由于本工程处于Ⅷ度烈度区，本计算中地震加速度值取282cm／s2；

Ubi——第i滑动条块底面的孔隙压力；

Ei－1——第i－1滑动条块作用于第i滑动条块的推力；

Ei——第i＋1滑动条块对第i滑动条块侧面的反作用力，与第i滑动条块的推力大小相等，方向相反；

αi——第i滑动条块底面与水平面的夹角；

li——第i滑动条块底面长度；

c′、φ′—— 第i滑动条块底面的有效凝聚力和内摩擦角；

K——设计安全系数。

作用于条块界面上的推力Ei按下式确定：

根据边坡的结构特征和形态特征，判断其破坏模式后退式渐进破坏，边坡区岩体主要为花岗岩，根据相关规范分析，综合邻近场地的经验资料，提出滑带土的物理力学参数建议值，见表1。另外按DL 5180—2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》设计中的设计安全系数在工况1（自然状况）下为1.15～1.25，在工况2（暴雨）下取1.05～1.15，在工况3（地震）下取1.05。

表1 滑带力学参数值取值表

本计算中，滑块1到滑块10按块碎石土的力学参数取值计算，11到13滑块按漂石土取值计算。按照上述计算模型和方法，选取代表性剖面横1－1′根据剖面的力学参数进行了计算，计算结果如表2。

表2 稳定性计算结果表

3.3 稳定性评价

根据上文定量计算结果可以看出，边坡在天然状况下是处于基本稳定的，但在暴雨和地震状况下稳定性均欠佳，若对边坡前缘的阶地进行开挖，则相当于清除了边坡的抗滑段，对边坡稳定性不利，极易引起边坡失稳。

比较稳定性的定量计算结果与定性分析的结果，可知稳定性的定量与定性评价基本相符。说明稳定性判定结果可信。

3.4 边坡稳定性影响因素分析

通过以上的定性和简略定量分析，影响厂房边坡稳定性的因素主要有两方面：人为的开挖边坡前缘；不利的自然因素，如暴雨和地震的影响。

在人为开挖的情况下，由于解除了边坡前缘的抗滑段，边坡的稳定性受到极大影响，在天然状况下有可能失稳，对厂房和边坡上的公路直接造成危害。另外，后期由于发电站的运营，厂区的尾水势必要造成边坡前缘的湾东河水位上涨，因而引起地下水位的上升，基覆界面的潜在滑面岩土的物理力学参数都会下降，成为影响边坡稳定性的另外一个因素。

4 治理方案建议

通过前述厂房边坡稳定性分析与评价，厂房边坡在人类因素和不利情况下有危害下方将建的电站厂房区和厂房后公路的可能。因此为了保护边坡下的电站厂房区和厂房后的进村进厂公路，有必要对厂房边坡进行预防治理。

根据边坡可能失稳影响的对象工程重要性等级和其永久性主要建筑物级别，提出以下建议治理方案。

4.1 方案一：坡体前缘设置抗滑桩

在边坡前缘公路靠山侧设置抗滑桩，以消除开挖厂房边坡而对边坡稳定性产生的影响，同时对上方的边坡起到永久性的防治效果。

4.2 方案二：框架格构梁加锚杆（或者锚索）

在坡体中部地表设置格构梁，同时加设锚杆（或锚索），以起到阻止厂房后边坡下滑的趋势。另外在边坡下部公路的靠山侧要设一定高度的护坡墙，以防止边坡表面的局部垮塌。

以上两种方案，均辅以对边坡表面的局部崩塌进行清理。同时对边坡的防治应在厂房边坡开挖前进行，以防在厂房边坡开挖的过程中，边坡失稳带来的危害。

两种方案对比，第一种施工相对简单，占用土地较第二种为少，难度较低；同时考虑到边坡的下滑推力较大，采用第一种方案更为可靠。因此推荐采用第一种方案。

5 结语

（1）某电站厂房位于泸定县境内大渡河一级支流湾东河畔的左岸Ⅱ级阶地上。厂房后边坡范围内的地层主要由第四系全新统崩坡积（Qcol＋dl4）、第四系泥石流堆积物（Qsef4）、澄江期花岗（闪长）岩（δ12）组成。

（2）从目前的变形破坏特征分析，厂房边坡目前除局部的地表溜滑外，未发现大的明显的变形现象。但厂房边坡的地形及边坡结构不利于边坡稳定。影响边坡稳定的主要影响为人为的边坡前缘开挖、暴雨和地震等不利的自然因素两个方面。

（3）若厂房边坡发生失稳，其可能的失稳模式为沿着基覆界面的后退渐进式破坏。

（4）稳定性定量计算结果表明，厂房边坡在自然状况下处于基本稳定状态，在暴雨状况下处于不稳定状态，在地震状况下处于欠稳定状态。定量分析的结果与现场的定性分析结果基本吻合，表明边坡在暴雨、连续降水或强烈地震的影响下可能会发生一定规模的破坏。同时后期的厂房边坡开挖会对边坡稳定造成直接的、很大的人为影响。

（5）为了消除边坡可能失稳带来的危害，可以采用抗滑桩和格构加锚杆两种针对性治理措施，通过方案比选，建议采用抗滑桩进行治理。

[1]DL／T 5353—2006，水利水电工程边坡设计规范[S].

[2]DZ／T 0218—2006，滑坡防治工程勘查规范[S].

[3]DZ／T 0219—2006，滑坡治理工程设计与施工技术规范[S].

[4]李玉銮.边坡变形及其失稳影响因素分析[J].福建建筑，2006（3）：67－69.

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