桐子林水电站下游右岸冲刷防护区边坡稳定性评价

汤 雷，孔 科，王小波

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072)

桐子林水电站下游右岸冲刷防护区边坡稳定性评价

汤 雷，孔 科，王小波

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072)

根据桐子林水电站导流明渠下游右岸冲刷防护区的真实地址条件，基于刚体极限平衡方法对冲刷防护区边坡在各工况的整体稳定性进行了详细分析，结果表明该边坡在支护前只能保持“低水”工况的稳定要求，在采取锚索加固且设置深排水孔后才能保证各种工况的稳定性，可供类似工程借鉴。

冲刷防护区；刚体极限平衡；边坡稳定；锚索；深排水孔

0 引 言

桐子林水电站是雅砻江下游最末一个梯级电站，电站装机容量为60万kW，以发电为主要任务，水库具有日调节性能。导流明渠布置于右岸，渠内布置有3孔口尺寸为16.0m×21.0m(宽×高)泄洪闸，导流明渠及泄洪闸泄流将对下游右岸边坡形成冲刷。

冲刷防护区位于坝轴线下游约596m，岩性为F1断层下盘晚三叠系白果湾群砂页岩，为河湖相沉积。砂岩以青灰色中细粒长石石英砂岩和泥质粉砂岩为主，泥质或硅质胶结，页岩以砂质页岩为主夹碳质页岩，局部呈浅变质板岩、片岩等。冲刷防护区岩体风化主要受构造、岩性控制，其次与地形地貌及水文地质条件相关，推测右岸边坡全强风化、强卸荷水平深度约15-25m。

根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T 5353-2006)[1]，下游右岸冲刷防护区边坡属于II级A类边坡，持久工况安全系数要求值1.25-1.15，短暂工况安全系数要求值1.15-1.05。文章基于刚体极限平衡方法[2-3]对冲刷防护区边坡在各工况的整体稳定性进行了评价并指导边坡的设计。

1 计算条件

1.1 支护设计

冲刷防护区边坡在高程1018.00m处为桐雅公路，且在高程1038.00m与1058.00m处各布置了一级马道。高程1018.00m以下设置了间距4.0m的4排锚索，50.00m与60.00m交错布置，张拉吨位200t；1018.00-1038.00m之间设置了间排距5.0m的4排锚索，50.00m与60.00m交错布置，张拉吨位200t；高程1038.00-1058.00m之间设置了间排距5.0m的3排锚索，50.00m与60.00m交错布置，张拉吨位100T；高程1058.00m以上设置了间排距5.0m的3排锚索，50.00m与60.00m交错布置，张拉吨位100t。边坡支护锚索立面布置图见图1。

图1 边坡支护锚索立面布置图

选取了边坡最高的断面1#与2#断面进行稳定性评价，具体断面图见图2-3。

图2 1#断面支护布置图

图3 2#断面支护布置图

1.2 计算工况及荷载

文章主要分析了冲刷防护区边坡在以下各工况的整体稳定性：支护前-无水，支护前-低水，支护前-高水，支护后-低水。“低水”表示在边坡上设置了深排水孔降低坡内水位；“高水”表示在降雨后较短暂的时间内，水沿着坡面下流的状态。

计算中的荷载主要包括边坡围岩自重和孔隙水压力。计算中“低水”状态下边坡中的地下水位线位于坡面以下8.00m左右，“高水”状态下的水位线沿着边坡坡面线；“低水”状态通过在边坡中设置深排水孔来实现；“暴雨”工况下由于设置了排水孔，地下水位设定于坡下3.00m左右；“地震”工况反应地下水位线位于坡面以下8.00m左右，地震烈度为VII，相应的地震加速度为0.15g。

1.3 计算理论

根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353-2006)，对于风化、卸荷的自然边坡，宜采用下限解法做稳定分析，推荐采用摩根斯顿-普赖斯法(Morgenstern-Price)进行抗滑稳定计算，本计算主要采用该方法对桐子林导流明渠下游右岸边坡防护工程的稳定性进行评价。

1.4 材料参数

据地质勘探揭示，该冲刷防护区边坡主要为V类砂页岩，坡脚以下存在少量的V类围岩。冲刷防护区物理力学指标建议值见表1。

表1 冲刷防护区岩体物理力学参数表

2 计算结果

2.1 1#断面

1#断面在各计算工况下的典型滑裂面图见表1，1#断面在各计算工况下的安全系数见图4。

Ⅰ支护前-无水

Ⅱ支护前-低水

Ⅲ支护前-高水

Ⅳ支护后-低水

Ⅴ支护后-高水

Ⅵ支护后-暴雨

Ⅶ支护后-地震

表2 1#断面各工况的安全系数结果

3.2 2#断面

1#断面在各计算工况下的典型滑裂面图见图5，1#断面在各计算工况下的安全系数见表3。

Ⅰ支护前-无水

Ⅱ支护前-低水

Ⅲ支护前-高水

Ⅳ支护后-低水

Ⅴ支护后-高水

Ⅵ支护后-暴雨

Ⅶ支护后-地震

表3 2#断面各工况的安全系数结果

4 结论与建议

通过采用刚体极限平衡方法分析下游右岸冲刷防护区的基岩边坡整体稳定性，可得出如下结论。

1)1#断面与2#断面在支护前的“低水”状态均能满足规范的短暂工况要求，但不能满足边坡的持久工况要求。

2)1#断面与2#断面在支护前的“高水”状态均不能满足规范的稳定要求，在遇到下雨时，边坡极有可能失稳。

3)1#与2#断面在采用锚索加固以后，在边坡上设置排水孔的情况下，均能保持边坡在长久工况下的稳定。

4)1#与2#断面在采用锚索加固以后，在边坡上设置排水孔的情况下，在暴雨工况和地震工况下均能满足规范要求。

[1]中华人民共和国水利部.DL/T5353-2006水电水利工程边坡设计规范[S].北京:中国电力出版社,2007.

[2]张熙海,杨余旺,王晓青.土坡稳定性计算极限平衡方法综述[J].华南地震,2006,26(02):28-35.

[3]陈昌富,朱剑锋,龚晓南.基于响应面法和Morgenstern-Price 法土坡可靠度计算方法[J].工程力学,2008(10):166-172.

1007-7596(2017)10-0030-03

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2017-09-20

汤雷(1986-)，男，湖南郴州人，工程师，从事施工组织设计工作；孔科(1984-)，男，四川广安人，高级工程师，博士，从事施工组织设计工作；王小波(1983-)，男，江苏海安人，高级工程师，从事施工组织设计工作。