杨房沟水电站缆机基础浇筑对边坡稳定的影响分析

徐江涛胡小禹张俊林

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，311122；2.浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司，杭州，311122；3.福建华东岩土工程有限公司，福州，350003)

1 工程概况

杨房沟水电站是雅砻江中游河段规划的第6级水电站，电站总装机容量1500MW，工程级别为Ⅰ等大(1)型，采用混凝土双曲拱坝，最大坝高155m，正常蓄水位为2094m，相应库容4.558亿m3。右岸边坡最大开挖高度接近350m，在缆机基础架空段边坡开挖过程中，现场发现多处不利地质组合，其中缆机基础底部2122m承载平台上发育一条与开挖坡面近似平行的不利断层(编号fYL(5)，N55°ENW∠60°～65°，宽0.5cm～2cm，带内充填片状岩、岩屑，强～弱风化状，面稍扭曲，见挤压及擦痕，延伸较长)，倾向坡外，与节理①(N40°ENW∠50°，微张，局部夹岩屑)、JYL(2)(N80°WNE∠40°～50°，宽1cm～3cm，碎块岩填充)组合后可形成不利块体，如图1所示，对承载平台及以下边坡稳定相对不利。

考虑到边坡2140m～2122m将回填混凝土作为缆机基础，施工期会有部分混凝土自重产生的荷载作用在2122m高程承载平台上，会对平台以下边坡块体稳定产生一定不利影响，因此，本文采用数值分析方法对边坡现阶段稳定特征，以及回填混凝土施工期间的边坡稳定性进行分析评价，以指导工程设计和施工。

图1 右岸缆机基础架空段边坡工程地质情况

2 计算剖面与参数取值

2.1 计算剖面

为考察现阶段及回填混凝土施工对边坡块体稳定影响，选择图2所示三个计算剖面进行计算。

(a)剖面A (b)剖面B (c)剖面C

图2计算剖面

2.2 岩体和结构面力学参数

根据现场开挖揭露的地质情况和断层性状，地质工程师给出了各类岩体和主要结构面的物理力学参数建议值，见表1、表2。

表1岩体分类及物理力学参数取值

表2结构面物理力学参数取值

2.3 施工模拟及岩-混凝土结合面参数取值

根据设计单位提供资料，缆机基础回填混凝土采取分层浇筑，每次浇筑3m，大致分成6层浇筑完成，要求新浇筑混凝土强度达到设计强度70%时，才能进行下一层浇筑。

混凝土与基岩结合面的力学参数可以根据相关规范和岩体分类情况综合确定，考虑到坡面岩体较破碎，因此计算中按不利情况考虑，假设坡面岩体以Ⅳ类为主，取岩-混凝土接触面C′=0.55MPa、f′=0.7。

由于实际混凝土浇筑过程相对复杂，可以对其进行如下简化模拟(见图3)：

(1)第一层混凝土刚浇筑完成(图3(a))：一般混凝土硬化需要一定时间，此时可以认为混凝土与岩体结合面的黏聚力和摩察系数均为0，混凝土所有的自重均以荷载形式作用在2122m承载平台上；

(a)第一层混凝土浇筑 (b)第二层混凝土浇筑 (c)第三层混凝土浇筑

图3回填混凝土浇筑模拟过程示意

(2)第二层混凝土浇筑完成(图3(b))：此时第一层混凝土强度已达到设计强度的70%，可以认为第一层混凝土与岩体结合面的力学参数为建议值的0.7倍，而新浇筑的第二层混凝土与岩体结合面的黏聚力和摩察系数为0；

(3)第三层混凝土浇筑完成(图3(c))：此时第二层混凝土强度已达到设计强度的70%，第一层混凝土强度可以认为已达到设计强度的100%，因此，第二层混凝土与岩体结合面的力学参数取建议值的0.7倍，第一层混凝土与岩体结合面的力学参数取建议值的1.0倍，而新浇筑的第三层混凝土与岩体结合面的黏聚力和摩察系数为0；

(4)依次类推实现对施工期每一层混凝土浇筑的模拟，并计算得到每一层混凝土浇筑完成后块体的安全系数。

2.4 支护措施

图4 缆机基础架空段2140m以下边坡支护平面布置

3 计算分析

3.1 初始状态边坡稳定性分析

采用离散元分析软件3DEC中的强度折减法来分析边坡稳定性，计算得到三个剖面各工况下失稳破坏模式及安全系数，如图5和表3所示，块体的安全系数可用三个剖面的加权平均值表示，天然工况下块体安全系数为1.54，暴雨工况下块体安全系数为1.38，满足施工期块体安全系数1.15的控制标准。

图5 典型剖面破坏模式及安全系数计算结果

3.2 混凝土浇筑期边坡稳定性分析

基于强度折减法对混凝土浇筑施工期边坡稳定性进行分析，图6-图8给出了分层浇筑期间三个剖面失稳破坏模式，表4、表5分别是天然工况和暴雨工况下块体安全系数统计结果。由计算结果可知，随着混凝土分层浇筑的进行，块体安全系数呈现先下降后升高的变化趋势，在第二层混凝土浇筑期间，块体的安全系数达到最低，天然工况为1.40，暴雨工况为1.25，仍满足施工期1.15的安全系数控制标准，表明施工期边坡块体是稳定的。

图6 施工期A剖面失稳破坏模式及安全系数

图7 施工期B剖面失稳破坏模式及安全系数

图8 施工期C剖面失稳破坏模式及安全系数

表4施工期天然工况块体安全期数计算结果

表5施工期暴雨工况块体安全期数计算结果

4 结论

杨房沟水电站边坡开挖规模较大，边坡安全至关重要，针对边坡局部潜在不稳定块体上浇筑混凝土基础的情况，采用数值分析的方法对边坡初始状态和混凝土浇筑期间的稳定性进行分析，得出如下结论：初始状态下边坡块体稳定性较好，而浇筑混凝土基础会对块体稳定产生不利影响，随着混凝土分层浇筑，块体安全系数呈现先下降后升高的变化趋势，块体的安全系数最低为天然工况1.40、暴雨工况1.25，满足施工期1.15的安全系数要求，研究成果对指导边坡支护设计和施工具有重要作用。