川西某水电站进水口下游侧边坡基于三维模型的稳定分析

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(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072)

川西某水电站进水口下游侧边坡基于三维模型的稳定分析

闵勇章，凡亚，黄润太，张安川

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072)

本文基于三维数字建模技术及岩质边坡块体稳定性极限平衡分析方法，根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T 5353—2006)要求，采用Morgenstern—Price法进行二维稳定性计算分析，以Geostudio 2007软件，对川西某水电站进水口下游侧边坡进行块体稳定性分析及计算，重点在三维空间中定性分析结构面的组合情况，判断边坡被多条结构面切割后组成块体的规模，分析各组合的三维效应是否明显。并根据计算成果，对现有支护措施进行验证。

三维实体模型；稳定性分析；结构面空间组合模式

1 工程地质条件

下页表1为主要结构面特征表。

表1 主要结构面特征

边坡岩体和结构面的物理力学参数取值见表2～表3。

表2 边坡岩体物理力学指标建议值

图1为结构面的赤平投影图。

图1 各组结构面的赤平投影

表3 边坡结构面物理力学指标建议值

结构面空间组合模式有多种，图1中各圆弧线的相交关系反映了结构面的空间组合特征。从结构面赤平投影图可以看出，J5、J3、fj-12、fj-13结构面均与边坡坡面走向呈大角度相交，部分结构面与坡面近于垂直，块体不易沿这几组结构面滑动，但是这几组结构面极易对边坡形成楔形切割(如J5与fj-12组合)，如果这几组结构面的交线较陡，并在坡体后缘有出露，则易形成楔形体滑移，是最危险的情况。

图1中所示的L、M、N、O四点代表结构面两两组合形成的交线，倾角均比坡面缓，但各结构面与边坡大角度相交，形成楔形切割态势，将重点分析这几组结构面形成交线的延伸和出露情况。为了便于研究，表4列出了交线的基本特征值。

表4 主要结构面交线的特征值

2 空间三维实体模型

根据下游侧边坡实测剖面及各组结构面的产状特征，绘制三维实体模型。由于每组结构面均分布有多条平行结构面，为了便于得出各结构面组合的最危险块体，各组结构面中选取对结构最不利且具有代表性的一条。

a.组合模式一。结构面J5和fj-12形成楔形切割，见图2。

图2 可能形成楔形体组合模式一

b.组合模式二。结构面J5和J3形成楔形切割，如图3所示。

图3 可能形成楔形体组合模式二

c.组合模式三。结构面J9和fj-12形成楔形切割，如图4。

图4 可能形成楔形体组合模式三

d.组合模式四。结构面J9和J3形成楔形切割，如下页图5所示。

图5 可能形成楔形体组合模式四

3 二维极限平衡计算

虽然上述几种结构面组合均易形成楔形切割，且延伸至坡顶，不易滑移，但考虑到有横坡向的陡立结构面J4作用，可能形成后缘切割面。故进行计算验证。沿可能的滑移方向作一个辅助剖面，编号为4-4，走向为NE52°，新剖面的平面分布如图6所示。各结构面在4-4剖面上的投影分布，J4结构面考虑地勘发现的最靠坡内的一条。

图6 各剖面的平面布置图

根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T 5353—2006)要求，采用Morgenstern—Price法进行二维稳定性计算，软件采用Geostudio 2007。计算结果见表5。

表5 结构面组合形成块体稳定性

续表

4 结 语

a.绘制了边坡三维实体开挖模型，直观地了解结构面空间分布和组合情况。对可能形成楔形体滑动的组合进行分析，结果表明多组合的楔形切割面均在坡面无出露，且延伸至坡顶，不易形成大范围的整体滑移块体。

b.分析了可能发生楔形切割的四种结构面组合，交线倾角均较缓，在21°～27°之间，小于结构面摩擦角，在无后缘切断的前提下，天然状态下能自稳。

c.下游侧坡大范围滑塌破坏不太可能，但地勘表明该段边坡岩体风化及卸荷强烈，表层岩体块裂、碎裂严重，局部稳定性差，不排除降水、爆破等外力作用诱发边坡滑塌的可能。建议采取适宜工程处理措施，控制J3、fj-12、J4、J5等主要结构面的变形，增加边坡安全储备；同时加强后期变形监测，以确保工程安全。因此，支护工作的重点是卸荷的表层岩体，现有支护方案足以满足稳定要求。

[1]GB 50287—2006 水力发电工程地质勘察规范[S].

[2]吕杰堂.数字滑坡技术中的三维滑坡模型研究[D].北京:中国科学院遥感应用研究所, 2002.

[3]冯树仁,丰定祥,葛修润,等.边坡稳定性的三维极限平衡分析方法及应用[J].岩土工程学报,1999,21(6): 657-661.

AnalysisofStabilityofOneHydropowerStationWaterIntakeDownstreamSideSlopeinWesternSichuanBasedonThree-dimensionalModel

MIN Yong-zhang, FAN Ya, HUANG Run-tai, ZHANG An-chuan

(ChengduEngineeringInstituteofHydroChinaConsultationGroup,Chengdu610072,China)

In the paper, Morgenstern—Price method is adopted as two-dimensional stability calculation method on the basis of three-dimensional digital modeling technology and rock side slope plot stability limit balance analysis method according to requirements of ‘Water Conservancy and Hydropower Project Side Slope Design Specifications’ (DL/T 5353—2006). Geostudio 2007 software is used for analyzing and calculating plot stability of one hydropower station water intake downstream side slope in Western Sichuan. Combination condition of structure face is qualitatively analyzed in three-dimensional space. The scale of the black is judged after the side slope is cut by multiple structure faces. Whether three-dimensional effects of all combinations are obvious or not is analyzed. Existing support measures are verified according to calculation achievements.

three-dimensional solid model; stability analysis; structural surface space combination mode

TU457

B

1673-8241(2014)08-0062-05