阿坝州双江口水电站左坝肩边坡稳定性分析方法

余 庆

(云南省煤田地质局，云南昆明 650034)

双江口水电站位于四川省阿坝州马尔康县与金川县交界处的大渡河上游东源足木足河和西源绰斯甲河汇合口下游约2km处河段，上、下游分别与卜寺沟水电站、金川水电站衔接，为大渡河干流规划调整推荐22级方案的第5梯级电站。该电站为碎石土心墙堆石坝，左岸布置地下厂房引水发电系统，洞式溢洪道等主要泄水建筑物位于右岸。最大坝高314m，坝顶高程2510m，正常蓄水位2500m时，总库容27.32亿m3。电站装机容量2000MW。

1 左岸坝肩边坡基本地质特征

坝址区左岸2250m～2275m高程强卸荷水平深度为4m～24.5m，弱卸荷水平深度为30m～50m；2400m高程附近强卸荷水平深度为5.3m～14.5m，弱卸荷水平深度为7.8m～39.5m；2500m高程附近强卸荷水平深度为0m，弱卸荷水平深度为1.2m；2580m高程附近强卸荷水平深度为0m，弱卸荷水平深度为24m。强卸荷带和弱卸荷带基本上分别与弱风化带上段和下段相对应，主要沿中倾坡外的J1裂隙产生卸荷。

2 左岸坝肩边坡边坡稳定条件

地表变形特征显示，由于斜坡表面出露北西西～东西向中等～缓倾角结构面，延伸长度一般超过10m，可构成坝肩底滑面，平硐内揭露中、陡倾坡外结构面较发育，故左坝肩的变形破坏模式基本为以中缓倾坡外结构面为底滑面(或软弱基座)，以中陡倾坡外结构面为后缘拉裂面的蠕滑拉裂或滑移(压致)拉裂；由于地表和平硐均揭露中等倾角结构面在左岸非常发育，且倾角小于开挖坡角，故可能直接沿该结构面剪出，对坝肩开挖不利。

在2580m高程的勘探平硐揭示上部存在小型拉裂体，前缘高程2650m，后缘高程2680m，方量300m3～400m3。该拉裂体主要受两组结构面控制，以向南倾向，倾角20°～40°为底滑面，N40°W/以北东向倾向，倾角40°～50°为后缘切割面的滑移(压致)拉裂破坏，从地貌上该处为三面临空，下游侧结构面较陡且转向坡内，岸坡有向下游的侧旋转式滑移拉裂迹象。而向南倾向，倾角20°～40°的结构面贯通性较好，后缘呈上窄下宽张开，张开5cm～50cm，由于后缘切割面未完全贯通，目前处于基本稳定状态，若岸坡开挖扰动，底滑面被揭露临空，可能产生滑落。

图1 左坝肩边坡整体稳定性计算剖面图

另一勘探平洞硐口上方边坡发育一条延伸长度大于70m的小断层F31，产状向南倾向，倾角30°～40°，断面起伏，破碎带宽度0.6m～0.9m，填充以碎裂岩、糜棱岩为主，局部架空，强风化，上盘岩体呈块状～次块状结构；由于F31倾坡外偏下游，倾角小于自然坡角，目前虽未见变形破坏迹象，但坝肩开挖扰动，上盘岩体可能沿F31产生滑移剪出破坏。

3 左坝肩边坡稳定性评价

3.1 边坡整体稳定性评价

左岸堆石坝心墙沿轴线开挖高度约370mm～380m，开挖高程达2580m，心墙部位天然边坡坡度35°～38°，局部76°。轴线上游侧大多基岩裸露，下游侧覆有10m～22m厚的松散崩积块碎石。心墙部位开挖仅清除部分强卸荷岩体，坝壳部分只需清除表面覆盖层，故左坝肩开挖对原始边坡扰动不大。边坡岩体中未见规模较大的断层切割，仅发育少量小断层及节理裂隙，岩体风化弱浅，边坡整体稳定。

3.2 边坡局部稳定性评价

3.2.1 赤平投影分析

左坝肩边坡岩体中主要发育前述的J1等组裂隙及F31等小断层，裂隙延伸长度一般>10m，裂面平直粗糙，相互切割可能构成对边坡稳定不利的组合型式见图2，交棱线AO的倾角为19°，倾角小于岩体结构面内摩擦角，块体稳定性较好。但F31与J1、J2、J3裂隙相互切割形成的块体交棱线CO、BO、EO倾角为29°、33°、26°，J1、J3裂隙相互切割形成交棱线DO倾角为32°，其稳定性较差，应加强锚固处理。浅表部岩体卸荷较强烈，心墙开挖线外围自然边坡稳定主要受沿J1、J2组中-缓倾坡外裂隙卸荷作用影响，应对表部卸荷松动块体予以清除。

图2 左坝肩心墙开挖边坡赤平投影图

3.2.2 稳定性计算

左岸坝肩边坡由坚硬完整的黑云母钾长花岗岩组成，岩体风化卸荷较浅，为进一步评价左坝肩边坡的稳定性，采用极限平衡法进行稳定性分析计算，计算选用参数见表1。

表1 结构面力学参数取值表

(1)左岸坝肩自然边坡：左岸自然边坡稳定性计算结果见表2。从计算结果表2可以看出，左岸自然边坡不同组合体在各工况下均能保持稳定或基本稳定。

表2 左坝肩自然边坡稳定性计算表

续上表

横剖面组合滑面组合参数选择不同工况下稳定性系数Φ(°)C'(MPa)天然地震暴雨暴雨+地震备注横Ⅱ1光壁N40～80°W/SW∠20～50°+SPD5-f133/19.3*0.10/0.051.611.501.441.33SPD5-f1位于SPD5平硐内0～5m处2强卸荷底线330.101.631.491.461.333岩脉ρ3+SPD5-f135/19.30.15/0.051.481.351.321.20岩脉ρ3位于SPD5平硐内21～24m4SPD21-f3+SPD21-f519.30.051.621.391.481.27SPD21-f3位于SPD21平硐内81.4mSPD21-f5位于SPD21平硐内23-28m5强卸荷线+SPD21-f533/19.30.10/0.051.821.631.641.47横Ⅲ1强卸荷底线330.101.521.391.291.182f3119.30.051.351.221.231.053岩脉ρ2(SPD9)+ρ12(SPD7)350.151.451.321.281.16岩脉ρ2位于SPD9平硐内6～9m岩脉ρ12位于SPD7平硐内75～77m

* 注：“35/19.3”为两个结构面组合的参数表示，分子为前一组结构面的参数，分母为后一组结构面参数

(2)左岸坝肩工程边坡：左岸工程边坡稳定性计算选取左坝轴线位置为计算断面，自大坝建基面2202m高程起至2510m高程，左岸坝肩心墙及坝顶开挖边坡总高度约为378m(坝顶以上开挖坡高约70m)，开挖坡比为1：1.25，计算剖面图见图1，工程边坡稳定性计算结果见表3。从计算结果可以看出，不同组合体在各种工况下均处于稳定状态。

表3 左坝肩工程边坡稳定性计算表

4 结论

综上定性与计算分析结果表明，左岸坝肩边坡无控制性规模较大的软弱结构面存在，自然边坡和工程边坡整体稳定。局部不利结构面组合块体及坝顶上部边坡存在小型拉裂岩块和其它危石，稳定性差，应进行锚固或清除处理。

5 开挖中应注意的地质问题

大坝左坝基(肩)边坡沿轴线最大开挖高度约360m～378m，边坡岩体受风化卸荷作用，以Ⅲ、Ⅳ类岩体为主，局部存在不利组合块体，左坝肩尚分布有较大范围的覆盖层，稳定性差，在施工开挖时要严格按照自上而下边开挖边支护的原则进行，作好预裂爆破、控制好用药量，避免造成岩体大的损伤；开挖后必须及时采取相应的工程处理措施。对边坡开挖线以外上部局部覆盖层视其对工程安全影响采取相应工程处理措施。

左岸坝肩开挖线以外自然边坡较陡峻，虽整体稳定，但由于风化卸荷作用和裂隙切割组合，分布有较多危岩体，在降雨、施工放炮震动等外动力因素作用下容易产生崩塌和掉块，危及施工安全，应采取清除、加固或在关键区域设置有效的防挡措施。

大坝施工期间因人工开挖对边坡的改造可能产生新的潜在不稳定岩体的失稳或开挖线附近表层覆盖层沿基岩顶界面的滑动，需有预防处理措施。此外，左岸由于森林火灾植被遭到破坏，在谷肩缓坡地带残留的坡残积块碎石土层在暴雨作用下有产生坡面泥石流的可能，施工期应加强监视，采取相应预防处理措施。