孟底沟水电站坝前左岸堆积体稳定性分析

王宇航， 梅稚平， 刘思丁

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

1 概 况

孟底沟水电站坝前左岸堆积体位于雅砻江中游左岸一级支流孟底沟沟口附近，该堆积体规模大，紧邻大坝与电站进水口等水工建筑物，其稳定性将直接影响到大坝、进水口等建筑物的安全。因此，准确、可靠地分析可能的破坏方式与评价堆积体的稳定性，预测施工期和未来水库运行期稳定性发展趋势，具有重要的意义，同时也为水工枢纽布置、施工场地选址提供地质依据。

2 地质环境条件

堆积体地形完整性差，被多条冲沟切割，其中规模较大的有6条，有3条冲沟部分或全部切穿堆积体底界(见图1)。前缘高程约2 160 m，后缘高程约2 930 m，前缘最宽处宽约750 m，纵向长约1 400 m，坡体剖面形态总体呈“陡-缓-陡”形态，后缘以外基岩斜坡坡度约35°～45°，向下在堆积体中后部相对宽缓，坡度约10°～20°，前缘坡度约30°～45°。再向下，堆积体前缘以外至孟底沟谷底是高约40～60 m的近直立基岩陡崖。

堆积体主要由冰碛堆积的块碎砾石土(Q3gl)组成，厚60～70 m，结构较紧密，表层分布厚约10～20 m崩坡积块碎石土(Q4col+dl)，结构松散。下伏基岩为燕山早期中粒花岗闪长岩(γδ52)。

堆积体附近的不良地质现象主要表现为岩体风化、卸荷、崩塌及泥石流等。堆积体附近无区域性断裂通过，构造主要表现为小规模断层及挤压破碎带。

3 堆积体结构特征

堆积体分布于2 200～2 950 m高程范围内，据勘探揭示，最大垂直厚度约60 m，方量约1 500万m3。堆积体颗分试验成果见表1。

该堆积体在结构上具有以下特点：

(1)巨颗粒、粗颗粒物质之间大多表现出较好的相互“咬合”“嵌合”特点，未见明显的架空现象。这种“咬合”或“嵌合”作用的存在，使得堆积体颗粒之间表现出较强的连接作用。

(2)除前缘基覆界限部位外，堆积体内细颗粒物质含量较低，除局部富集外，大多分散填充于粗颗粒、巨颗粒物质之间，因而在长期的固结作用下，常常与粗颗粒、巨颗粒物质一起构成了堆积体特殊的紧密结构特征，并且充填于粗颗粒、巨颗粒之间的细颗粒具有“黏结”作用，在长期固结压力作用下使得巨颗粒、粗颗粒之间常常形成较好的胶结连接。

表1 堆积体颗粒分析试验成果

4 变形失稳方式

堆积体除了被几条地表水流切割的冲沟以外，整个堆积体上未见已有变形破坏迹象，说明该堆积体在天然状态下整体稳定性较好，但在暴雨或地震作用下，堆积体有发生失稳的可能性，变形破坏模式有下面两种。

(1)沿基覆界面整体滑移失稳。由于堆积体基覆界面相对较陡，基覆界面为堆积体中相对软弱带，在暴雨或地震作用下有可能沿基覆界面产生整体滑动，如图2、3所示。

图2 1-1堆积体结构及滑移模式示意

图3 2-2堆积体结构及滑移模式示意

(2)堆积体内部滑移失稳。如果堆积体在暴雨或地震作用下，整体稳定性较好，不能沿基覆界线滑动，而前缘局部地形较陡，前缘局部土体有可能产生圆弧形滑动，如图2、3所示。

5 稳定性分析

5.1 计算剖面及滑面选取

为更为准确地对堆积体的稳定性状况作出合理评价，分别选取1-1剖面、2-2剖面作为利用极限平衡理论评价堆积体稳定性分析的代表性剖面。

5.2 物理力学参数取值

堆积体为含漂砾的粗颗粒土，颗粒之间嵌合紧密，有一定的胶结作用，尚未进行现场原位大剪试验，室内大剪和大三轴试验采用重塑土，并且剔除了粒径大于6 cm的碎石，室内物试验值较实际值偏低。因此，在稳定性计算中，堆积体的参数取值主要以室内试验值的峰值强度为基础，结合工程经验类比以及相关研究成果进行综合选取，见表2。

表2 堆积体物理力学参数取值

5.3 稳定性计算方法及工况

本次稳定性计算采用通用岩土体软件GEOSLOPE，计算方法采用常用的瑞典条分法如Bishop法、Janbu法和M-P法进行，并对计算结果进行综合分析。

根据堆积体在电站建设期间可能面临的情况(暂不考虑蓄水后)，考虑以下三种工况。

工况1(持久工况)：天然状态，该工况考虑的荷载主要有岩土体自重。

工况2(短暂工况)：自重+暴雨，该工况除考虑工况1的荷载外还包括因降雨引起的岩土体强度降低，暴雨工况中考虑冰碛堆积体底部3 m厚度饱水。

工况3(偶然工况)：自重+地震，该工况除考虑工况1的荷载外，还包括地震引起的水平推力。

计算过程中水平地震力按公式(1)计算：

Q=CiCzKhW

(1)

式中：Ci为重要性系数，对于该堆积体而言，取1.7；Cz为综合影响系数，取0.25；Kh为地震峰值加速度，孟底沟水电站的Ⅶ度地震取值为0.164 g(g为重力加速度，9.8 m2/s)；W为滑块重力。

5.4 边坡等级及安全标准

根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353-2006)的标准进行边坡类别和级别划分(见表3)，边坡安全稳定性系数见表4。

表3 水利水电工程边坡类别和级别划分

表4 水利水电工程边坡设计安全系数

5.5 稳定性计算成果及评价

根据计算，各计算剖面在各工况条件下整体最危险破坏面特征如图4、5所示，堆积体在各工况条件下的稳定性状况如表5、6所示。

从稳定性计算结果表明：在各计算工况下，堆积体沿基覆及内部界面滑动的稳定性系数在1.075～1.418之间，2-2剖面在暴雨工况和Ⅶ度地震工况下，稳定性偏低；局部稳定性持续暴雨条件下，2-2剖面结果在1.02～1.04之间，安全储备偏低；工况3条件下2-2剖面计算结果在0.955～0.979，稳定性较差。

表5 堆积体整体(滑面1)稳定性系数计算成果

表6 堆积体局部(滑面2)稳定性系数计算成果

图4 1-1剖面整体稳定性示意

图5 2-2剖面整体稳定性示意

6 结 论

(1)堆积体主要由冰碛堆积的块碎砾石土(Q3gl)组成，表层为崩坡积块碎石土(Q4col+dl)，基岩为燕山早期中粒花岗闪长岩(γδ52)。

(2)堆积体内细颗粒物质含量较低，除局部富集外，大多分散填充于粗颗粒、巨颗粒物质之间，未见明显架空现象。

(3)堆积体变形破坏模式分为沿基覆界面整体滑移失稳和堆积体内部滑移失稳两种。

(4)稳定性评价如下：

①天然条件下堆积体整体稳定性较好，稳定性系数大于1.08。

②若遭遇持续暴雨，堆积体1-1剖面的稳定性系数大于1.2，稳定性好。堆积体2-2剖面整体稳定性系数在1.09～1.14之间，稳定性好；局部稳定性在1.08～1.09之间，不稳定。

③考虑Ⅶ度地震烈度，堆积体2-2剖面整体稳定性系数1.08～1.13之间，稳定性好；局部稳定性系数在0.95～0.98之间，不稳定，需进行工程处理。