黄家湾水利枢纽工程溢洪道边坡稳定分析与评价

吴　波，代承勇，卓国锋

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

1　概　述

黄家湾水利枢纽工程大坝位于紫云县板当镇格凸河上游黄家湾河道上，坝型为面板堆石坝，水库正常蓄水位1055 m，总库容1.57×109m3。该工程是以城乡生活和工业供水，农业灌溉为主，结合发电等功能的大(2)型综合性水利枢纽工程。

溢洪道沿左岸坡布置，为岸边正槽式溢洪道，由进水渠、控制段、泄槽段、消能段4部分组成[1]，开挖后溢洪道两侧边坡为斜向坡，左侧边坡最大高度约60 m，右侧边坡按设计清除1059 m高程以上坡体后，最大高度约28 m。

溢洪道开挖边坡高，边坡结构复杂，且距离大坝及其他水工构筑物较近，施工中降雨、水库蓄水后对水工建筑物安全构成威胁，故针对溢洪道开挖边坡的稳定性作专题研究。

2　溢洪道边坡工程地质条件

2.1　基本地质条件

工程区左岸自然边坡地形坡度25°～40°，总体为斜向岩质边坡，稳定性较好。溢洪道沿左岸坡布置，溢流净宽20～28 m，堰顶高程1045 m，地表高程990～1084 m，相对高差94 m。

溢洪道开挖后，形成以人类活动为主导的工程边坡。溢洪道左右侧边坡总体为斜向坡，左侧边坡最大高度约60 m，右侧边坡最大高度约28 m，每10 m高差设置一级马道。溢洪道工程边坡上部为第四系残坡积的粉质黏土夹碎石的土质边坡，下部为各种结构面切割的岩质边坡。

2.2　边坡构造及结构面

溢洪道边坡位于江洞沟倒转向斜东翼近核部，未发现大断层。岩层倒转，陡倾上游略偏左岸，据地表地质测绘及工程区开挖揭露情况，溢洪道边坡工程区内主要发育的微型褶皱构造有S1～S4,其中S1和S3为背斜，S2和S4为向斜，局部还见细微褶曲分布。褶皱规模不等，形态各异，按产状分类可见斜立褶皱、倒转褶皱及翻卷褶皱等。受褶曲构造影响，岩层产状变化较大，倾向68°～120°及275°～325°，倾角为17°～70°，局部近直立。

2.3　边坡岩体质量分类

影响溢洪道边坡工程区岩体工程地质特征的因素主要是岩性与构造。溢洪道边坡工程区主要为泥岩，局部位置砂岩与泥岩相间分布或呈互层状分布，据地表地质测绘及钻孔资料统计，砂岩约占3%～5%，泥岩约占95%～97%。溢洪道边坡的泥岩块体密度ρ=2.63 g/cm3，饱和单轴抗压强度Rb=10.77 MPa，岩石平均纵波速Vp=3137 m/s。弱风化岩体呈薄层状结构，结构面中等发育，平均纵波速Vp=2295 m/s，Kv=0.54。按水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程(DL/T 5337—2006)[2]，经计算该边坡弱风化岩体基本质量指标为257.3，其岩体基本质量级别为Ⅳ级；溢洪道边坡强风化泥岩岩体基本质量级别为Ⅴ类。

3　定性分析与评价

3.1　边坡稳定性分区

根据设计资料，溢洪道右侧边坡最大开挖高度为28 m，边坡主要由弱风化泥岩构成，按自上而下分级开挖并及时喷锚支护，稳定性较好。按设计所出施工图开挖后，最大边坡高度约60 m，上部为覆盖层及强风化泥岩构成的散体结构边坡，下部为弱风化至新鲜岩体构成的斜向层状结构岩质边坡。根据岩体构造特征、岩层产状与坡面组合关系、边坡高度及溢洪道布置等，将溢洪道分为四个区。

A区为溢洪道K0-050～K0-025段：长25 m。综合岩层产状68°∠35°，发育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、②N10°～20°E/NW∠70°及③N75°～85°W/SW∠35°～60°。左侧在1059 m高程形成配电房平台，南西侧边坡主要为顺向岩质边坡，开挖坡度按45°考虑，坡面产状为81°∠45°，高约34 m。

B区为溢洪道K0-025～K0+060段：长85 m。综合岩层产状100°∠35°，发育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、③N75°～85°W/SW∠35°～60°及④N30°～45°E/NW∠55°～85°。

根据设计要求，左侧分级放坡开挖，主要为层状岩质边坡，开挖坡度按45°考虑，坡面产状为23°∠45°，边坡最大高度约60 m。

C区为溢洪道K0+060～K0+225段：长165 m，该区微型褶皱构造发育，岩层产状变化较大，倾向68°～120°及275°～325°，倾角为17°～70°，局部近直立，按最不利原则选择两个综合产状进行分析计算，分别为75°∠20°及285°∠30°。发育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、②N10°～20°E/NW∠70°及⑥N20°～35°E/SE∠55°～80°。左侧边坡上部为覆盖层及强风化泥岩构成的散体结构边坡，下部主要为弱风化层状岩质边坡，开挖坡度按45°考虑，坡面产状为203°∠45°，高5～15 m。

D区为溢洪道K0+225～K0+310段：长85 m，主要为单斜构造，综合岩层产状115°∠35°，发育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、③N75°～85°W/SW∠35°～60°及⑤N60°～80°W/SW∠65°～80°。左侧边坡上部为覆盖层及强风化泥岩构成的散体结构边坡，下部主要为弱风化层状岩质边坡，开挖坡度按45°考虑，坡面产状为23°∠45°，边坡高度<22 m。

3.2　赤平投影分析

根据坡面、层面及裂隙面作极射赤平投影图，分区作图结构面数据详见表1。

表1　黄家湾水利枢纽工程溢洪道边坡分区结构面计算表

4　边坡支护措施建议

(1)建议按照上述分析评价结论进一步复核原设计方案，并进行适当调整优化，具体建议如下：

①溢洪道K0-050～K0-025段边坡：对应定性评价A区，开挖高度较小，可维持原有设计方案，如需进一步提高安全储备，建议进一步放缓坡度，强风化以上岩土体建议削坡坡率小于1∶1。

②溢洪道K0-025～K0+060段边坡：对应定性评价B区，溢洪道位于该区，是变形控制、加固防护的重点部位。建议该段边坡做加强支护，可沿1060 m高程弱风化带以上设置一定数量的抗滑桩，或进一步放缓坡率增加一定数量的锚索[3]，并设置框格梁，强风化岩以上坡率建议小于1∶1，1060 m高程以下可维持原有设计方案。

③溢洪道K0+060～K0+225段边坡：对应定性评价C区，可维持原有支护设计方案不变，如需进一步提高安全储备，建议1060 m高程以上强风化岩按照小于1∶1进一步放缓坡率，增加少量锚索，并设置框格梁。

④溢洪道K0+225～K0+310段边坡：对应定性评价D区，可维持原有设计方案不变，建议强风化岩及以上坡体增加小尺寸框格梁以增强岩体完整性。

(2)溢洪道边坡开挖和支护施工时，宜采取分段分级由上至下开挖，并在边坡开挖后及时采取排水、截水及边坡支护措施，有效地阻止软岩岩体的快速风化。尽量避免在施工过程中由于外界条件因素引起的岩体快速软化和急剧风化对工程安全的影响。所有的开挖面应尽快封闭。

5　结　论

通过对上述溢洪道边坡的赤平投影分析，采用极限平衡法对该边坡在不同工况下的整体稳定进行验算，认为该边坡开挖后总体能满足规范要求，但考虑到黄家湾水利枢纽工程溢洪道边坡普遍存在多组不利结构面，与岩层面共同切割岩体，易形成楔形体等形状的不稳定块体，使得边坡处于不稳定状态，发生局部或整体失稳的可能性较大，建议边坡设计工程师按照上述分析评价结论进一步复核原设计方案，并进行适当调整优化。为类似边坡稳定分析评价及治理提供借鉴，并加以推广。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会.溢洪道设计规范：DL/T 5166—2002 [S].北京:中国电力出版社, 2008.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程: DL/T 5337—2006[S].北京:中国电力出版社,2006.

[3]国家能源局.水电水利工程边坡施工技术规范：DL/T 5255—2010[S].北京:中国电力出版社,2011.