水电站边坡滑面强度参数反演

章朝峰

摘要

该边坡为大坝建设区安全、稳定性要求最高的边坡，其整体稳定性直接影响到坝段的成立，对坝址的选择具有决定性的影响。对该区域的地质、水文资料的观测推测该边坡整体上不稳定，在现有资料的分析基础上，判断该边坡可能的破坏模式为覆盖层内部的滑动和沿基覆界面的深层滑动。基于现场量测结果和边坡安全系数的计算方法，对边坡的土体力学强度参数进行安全参数反演分析。

关键词水电站；边坡稳定性；滑面强度参数；Bishop法；MogenshemPrice法；反演分析

中图分类号S27文献标识码A文章编号0517-6611（2015）24-307-02

电站建设区内边坡的稳定性问题对工程建设的可研起到举足轻重的作用，并在很大程度上影响电站发电工程的经济评价[1]。目前在岩石边坡稳定性分析中广泛采用的方法是数值分析法和刚体极限平衡法，无论哪种分析方法，其计算结果的精度很大程度上依赖于所选岩体的力学参数（C内聚力，φ内磨擦角）值的精确性[2-6]。在实际应用中根据土体的强度参数的反演结果对边坡的稳定系数进行计算，计算结果表明反演结果接近实际情况，可以作为加固方案设计的依据。

1工程地质概况

笔者所述工程区位于NWW向的金沙江断裂带附近，地质构造复杂，NW-NNW向断裂构造发育，NEE向断裂构造较为发育，岩体变质较深、褶皱强烈，节理裂隙发育。区内岩性按其工程地质性质分为两组上段为大理岩组，下段为片麻岩组。通过工程地质测绘和钻探表明，区内的主要控制性断层为断层F1、F9-1及推测断层F209，另外，中坝址左岸岸坡主要发育NE向、NNW向断层，对边坡稳定的影响很大。

2 参数反演分析

2.1参数反演思路及确定安全系数

笔者根据对边坡的地质、水文进行分析，在现有资料的分析基础上，利用Slide软件对边坡进行各工况下的刚体极限平衡法分析时，选用Bishop圆弧法计算发生在覆盖层内部的滑动破坏。在天然工况与地震工况下，边坡整体处于稳定状态，对照DLT5353-2006《水电水利工程边坡设计规范》，判断边坡的类别及等级，按通过搜索最危险滑面和接触面滑带来反演参数，剖面在最不利工况下处于极限平衡状态，求得此时的参数即为滑带所在的岩土层的抗剪力学参数的下限值。

现场调查表明，边坡在自然状态下整体稳定性较好，目前仅在边坡前缘处见有明显的变形迹象外，但未见有整体变形的迹象。另外，边坡在遭遇1985年当地发生的6.4級地震时，也未发生过整体失稳，这说明边坡在天然和地震工况下的安全系数有一定裕度。综合上面的分析，按地震加速度0.05 g[7]，稳定系数在1.01～1.05之间对岩土体力学参数进行反演。

2.2反演条件

参数反演过程中，对边坡进行反演。边坡覆盖层主要由Qde1+col构成，还有少量Qcol。

根据地质资料提供的边坡的初始力学参数取值为岩体覆盖层的φ值为27°；C值为54 kPa；天然容重为17.5 N/m3；饱和容重为18.0 N/m3。采用slide软件中的Bishop法和Mogenstern-Price法，并结合工程经验，依次对上述各剖面的力学参数进行反演[8]。

剖面模型如下，其中模型宽1 053 m，高875 m。

（1）Bishop圆弧法参数的反演。剖面边坡反演Qde1+col参数，在地震工况下，得到以下计算结果：

依据表1的计算结果，作剖面滑带安全系数k值与C值的关系曲线如图2所示。

3 反演结果与分析

根据上面边坡各剖面各滑带参数反演所绘制的k-C关系曲线，可以得出不同φ值情况下所对应的C值，采用Bishop圆弧法反演的参数结果如表2所示。

采用Mogenstern-Price折线法反演各滑带力学参数时发现，剖面反演结果显示，该断面发生接触带滑动破坏的可能性相比圆弧滑面破坏的可能性更高，此时参数建议取值C取55 kPa，φ取28.0°。与之相反的是，其他5个剖面反演的参数值均偏低，与提供的相关地质参数出入较大，超出合理范围，故不予考虑。

以C值为准选取出各剖面各滑带各工况下各组数值，然后将边坡各剖面各滑带各工况的参数反演结果汇总如下：

4 小结

综合以上计算分析结果，比照类似工程物理力学参数（表1），最终选取在接触带滑动破坏模式[9]下剖面反演边坡强度参数（C=54 kPa，φ=27.0°）作为边坡覆盖层的等效力学参数[10]，以此反映边坡的物理性质较为科学、合理。

文章结合极限平衡理论采用Bishop圆弧法和Mogenstern-Price折线法对边坡边坡进行了参数敏感性分析和参数反演，确定了边坡边坡的稳定性计算参数，即边坡覆盖层C值取54 kPa，φ取27.0° 。

参考文献

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