库水位骤降边坡稳定分析中的应用建议

潘炽成，郑仲园

（广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635）

0 引言

库水位骤降是诱发库区边坡失稳的重要因素，库水位骤降会导致边坡水压突然卸载，边坡内部水体来不及排出，与坡外水体形成的高水位差，水位线出现“滞后”效应，内部孔压变化，有效应力降低，指向边坡体外部的渗流力加剧边坡失稳，从而导致滑坡[1～6]。滑坡会造成损坏库区周围的基础设施，影响水库的正常运行，对周围居民的生命财产造成威胁。

本文结合云霄抽水蓄能电站管理营地边坡工程，通过应用AutoBank软件对考虑库水位骤降的回填边坡进行稳定性分析和优化设计，对回填边坡设计方案进行总结，为今后的工程设计与施工提供参考。

1 工程概况

云霄抽水蓄能电站站址位于福建省漳州市云霄县火田镇，站址距漳州市、厦门市、泉州市的直线距离分别为52 km、81 km、150 km，按装机容量确定为一等大（1）型工程。其中，在电站管理营地生产生活区内由于场地回填等原因，产生高回填边坡。因库水位骤降等原因，需要对边坡进行稳定分析和防护设计，使其达到规范安全要求。

电站管理营地场地设计高程138 m，回填底高程为104 m，回填边坡高度34 m。回填边坡坡脚处，现状为鱼塘。周围地表水体多汇入鱼塘内，坡脚离下库进出水口约50 m，坡顶为电站管理营地景观广场、运动场和仓库等建筑物，边坡平面图如图1 所示。回填边坡原方案采用土料碾压回填，共划分4 级，坡比为1∶3，每级高度10m，两级边坡之间设置宽2.0 m的马道，坡面采用干砌石护坡，剖面图见图2。

图1 回填边坡平面图

图2 回填边坡剖面图（原方案）

2 水文地质情况

管理营地回填边坡现状为一山间凹沟，周边山体山顶高程140 m～150 m，呈圈椅状环绕，南侧山脊薄，西侧山脊厚。现状沟底高程100.8 m～115.5 m，西北侧低，东南侧高。沟坡坡度以30°～40°，近沟底段坡陡，往山顶坡变缓。根据钻探、地质测绘揭露，管理营地范围出露的山体基岩为白垩系上统浯田单元（K1Wt）侵入钾长花岗岩，出露有基岩全风化带、强风化带及弱风化带，回填范围内除鱼塘塘底位置出露有基岩强风化带，其余以基岩全风化带为主，岩土材料强度参数见表1。

表1 计算参数表

坡积层：为砂质黏土，呈棕黄～土黄色，可塑～硬塑状，呈含岩屑碎块状土体。风化较完全，含少量强风化岩碎块；

风化岩：浅灰白～浅肉红色，细中粒花岗结构，发育晶洞。裂隙较发育，以中陡倾角为主，局部较破碎，岩体为块状结构。

区域内地下水主要为基岩裂隙水，它赋存于层间介面、断层裂隙之中，岩层的透水性和地下水位埋深受这些结构面制约，地下水主要受大气降雨补给，地下水位的升降有季节性，未发现有裂隙承压水。

3 边坡原方案稳定性分析

本次采用有限元分析软件Autobank对边坡进行稳定分析，由于营地边坡水位变幅快，因此考虑了正常蓄水位、正常蓄水位降至死水位以及地震情况下正常蓄水位降至死水位三种工况的稳定性分析。水库正常蓄水位133.5 m，死水位108 m，水位降落期为正常蓄水位降至死水位，时长为13.3 h，库水位下降速率为1.91 m/h，地震加速度为0.124 g。

边坡稳定计算结果，见图3。本次计算稳定渗流期采用有效应力法，水位降落期采用总应力法，采用毕肖普法进行边坡深层滑动稳定分析。原方案各种工况抗滑稳定计算成果见表2。

图3 边坡稳定计算结果

表2 边坡抗滑稳定计算成果表（原方案）

通过有限元的分析可知，在正常蓄水位条件下，边坡稳定性系数为1.50，满足规范允许值。在骤降和抗震条件下，边坡的稳定性系数均小于规范允许值，存在边坡失稳的风险。其主要原因是库水位骤降导致边坡内部水体来不及排出，水位线出现“滞后”效应，有效应力降低，回填土料较大的土体重力以及较低的抗剪强度导致边坡失稳，边坡滑弧断面出现在全～强风化岩上方的回填土料中，因此原方案需要进行边坡优化设计。

4 边坡优化设计

根据原方案计算结果，发现滑弧断面出现在回填土料中，因此针对分析结果，制定了以下方案进行优化。在回填边坡内侧靠山体采用土料碾压回填，边坡靠水库外侧采用堆石，外边坡坡比为1∶3，坡顶宽度8 m，内边坡坡比为1∶1，坡面采用干砌石护坡，堆石料区和土料区采用过渡料、反滤料和土工膜分隔，边坡剖面图见图4。优化方案各种工况抗滑稳定计算成果见表3。

图4 回填边坡剖面图（优化方案）

表3 边坡抗滑稳定计算成果表（优化方案）

通过有限元分析结果可知，各种工况下的边坡稳定性系数均满足规范要求，边坡整体处于稳定状态，在边坡外侧采用堆石压重的方式，边坡最危险滑弧断面出现在回填土料下方的风化岩中，边坡的浅层滑裂发展为深层潜在滑裂，可有效地提高回填边坡的稳定性。

5 结论及建议

本文通过AutoBank软计算回填边坡的稳定分析得出对库岸回填边坡安全稳定的影响因素并提出建议：

（1）在回填边坡内侧靠山体采用土料碾压回填，边坡靠水库外侧采用堆石等措施，能有效地提高土体的透水性，减少水位线出现“滞后”效应。

（2）堆石料区和土料区采用过渡料、反滤料和土工膜分隔，有效避免土料区因库水骤降引起的土体自重有效应力降低，土体重力以及较低的抗剪强度导致边坡失稳的情况。