杨房沟水电站特大型危岩WY19稳定性分析及防治研究

闫兴田 ，段伟锋，杨日昌，魏宝龙

(1.华东勘测设计院(福建)有限公司,福州，350003；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，311122；3.雅砻江流域水电开发有限公司，成都，610051)

引言

杨房沟水电站是雅砻江中游河段的第6级水电站，该电站开发任务为发电，总装机容量1500MW。坝址区边坡高陡，岸坡小断层、节理裂隙发育，浅表层岩体局部完整性差，为危岩的发育提供了赋存条件，是危岩等地质灾害发育的高发地段。

根据现场调查，右岸拱肩槽边坡开挖线外共发育危岩2处，为Y2-6、WY19(见图1)。其中WY19位于右岸拱肩槽边坡上游侧开挖线附近，紧邻坝址区，方量约50000m3，属特大型危岩体。该电站工程在大规模的边坡爆破、开挖活动下，会对WY19危岩造成扰动，有可能诱发其失稳，直接威胁该水电工程的正常建设。

图1 右岸拱肩槽边坡开挖线外危岩体分布

危岩稳定性研究是危岩体研究的重要内容，是进行危岩防治方案设计的基础[1-5]。研究分析边坡危岩失稳模式，准确评价其稳定性，对于指导工程进一步设计与施工，以及保证边坡工程在施工期间和运行期间的安全，具有重要的工程实际意义[6-12]。

1 危岩WY19赋存环境、边界条件及失稳模式

1.1 危岩WY19赋存环境

危岩WY19位于右岸拱肩槽上游侧边坡，边坡岩性为花岗闪长岩，弱风化，镶嵌～次块状结构，岩体卸荷裂隙发育，局部张开。危岩分布高程为2008m～2105m，前缘陡峻，底部临空，距离河床高差约39m，距离坝址约40m，紧邻右岸拱肩槽工程边坡。其中中后部边坡坡度45°～60°，前部边坡坡度75°～80°，边坡走向为N65°W，凸型坡，底部局部掉块后发育空腔。面貌见图2。

图2 危岩WY19面貌 (单位：m)

1.2 危岩WY19边界条件

危岩WY19主要发育6组结构面：①断层f22-1：产状：N80°W，NE∠75°，宽1cm～3cm，带内为碎块岩、片状岩，呈弱风化状，面铁锰质渲染，夹1mm～2mm岩屑及2mm～3mm钙质；②断层f16：EW，N∠45°～50°，宽20cm～30cm，带内为片状岩，呈强风化状，面平直，见擦痕，下盘岩体破碎；③卸荷裂隙L13：N65°W，NE∠40°，面起伏粗糙，夹2cm～3cm岩屑，见铁锰质渲染，地表张开20cm～30cm，延伸长30m～40m；④节理1：EW N∠65°～70°，部分张开0.5cm～1cm，面起伏粗糙，平行发育间距0.5m～1.0m；⑤节理2：N70°W，NE∠40°，微张，充填片状岩、岩屑，面起伏粗糙，断续延伸；⑥节理3：N45°W，NE∠75°，微张，面起伏粗糙，平行发育间距1.5m～2.5m。

受上述结构面切割组合影响形成的特大型危岩，岩体完整性差为主，局部较破碎，方量约50000m3，整体处于半切割～全切割状态，稳定性差。

1.3 可能的失稳模式

危岩WY19倾向山外，断层f22-1和节理③形成后缘拉裂面，断层f16、节理②和卸荷裂隙L13形成底滑面，在重力和水压力作用下，危岩WY19底部的岩桥可能沿着裂隙方向被拉断，可能会形成滑移式破坏。

2 危岩体稳定性分析

2.1 定性分析

据已有研究，影响危岩稳定的主要因素包括岩体所处的地形坡度、控制性结构面的倾角大小、岩体切割状态及结构面张开程度。

将影响危岩稳定性的因素逐一分析，并根据《水电工程危岩体工程地质勘测及防治规程》，危岩体地形陡峭，坡度40°～45°为主，结构面普遍张开，断续充填泥质、岩屑，控制性结构面顺坡向，倾角小于坡角，不利组合较完备，判别危岩WY19稳定性为差。

2.2 定量分析

2.2.1 计算模型

计算沿底滑面卸荷裂隙L13倾向选取3个计算剖面，剖面间距10m，其平面示意见图3，计算剖面见图4-图6。

图3 危岩WY19边界条件平面示意

图4 1-1剖面

图5 2-2剖面

图6 3-3剖面

根据已揭露的地质条件判断，断层f22-1、节理③和断层f16组合形成不利块体1；断层f22-1、节理③和节理②组合形成不利块体2；断层f22-1、节理③和卸荷裂隙L13组合形成不利块体3。

2.2.2 计算方法

块体1、块体2、块体3失稳模式均为平面滑动破坏，采用二维刚体极限平衡法分别对块体1、块体2、块体3进行稳定计算，分别计算处理前、开挖后、开挖且锚固后的块体稳定性。

2.2.3 计算工况

稳定计算分处理前、开挖后、开挖且锚固后3个阶段进行计算：

(1)持久工况(蓄水)：主要受自重作用、库水作用；

(2)短暂工况(暴雨)：暴雨工况，主要受自重作用，此时结构面处于饱和状态；

(3)偶然工况(地震)：遭遇地震情况，考虑蓄水工况加地震作用力。

2.2.4 计算结果

在对WY19特大型危岩处理前，块体1、块体2、块体3稳定性分析如下：

处理前，块体1、块体2、块体3稳定性计算结果如表1-表3所示。

表1 块体1稳定性计算结果

表2 块体2稳定性计算结果

表3 块体3稳定性计算结果

计算结果表明，块体1在各种工况下均满足规范要求；块体2在暴雨工况下不满足规范要求；块体3的稳定性比块体1、块体2较差，为控制性块体，且1-1剖面为控制性剖面，块体3在暴雨工况下不满足规范要求。

3 危岩体防治措施及工程效果

3.1 防治措施

通过对杨房沟水电站右岸危岩WY19的稳定性分析，明确了其防治措施为局部开挖+系统锚固。首先对右岸WY19特大型危岩表层卸荷松动岩体及倒悬部分进行开挖，然后进行系统锚固处理。具体如下：

(1)自上而下清除坡面浮渣、松动开裂块体；

(2)高程2078.00m～2010.00m分两级边坡进行开挖，坡比为1∶0.2，在高程2040.00m设置2.5m宽马道；

(3)高程2081.00m～2021.00m布置13排2000kN锚索；

(4)高程2010.00m～2102.00m，对右岸拱肩槽边坡上游开口线至右岸拦污漂固定墩上游侧开挖边线范围内的开挖坡及自然坡进行系统喷锚。

3.2 效果评价

开挖后，由于块体2、块体3在暴雨工况下安全系数仍不满足规范要求，经计算，为满足规范要求，需在高程2081.00m～2021.00m布置13排2000kN预应力锚索。开挖且锚固后，块体1、块体2、块体3稳定性计算结果如表4-表6所示。

表4 块体1稳定性计算结果

表5 块体2稳定性计算结果

表6 块体3稳定性计算结果

复核计算表明，开挖且锚固后，块体1在各工况下安全系数均满足规范要求，且有较大安全余度；块体2在各工况下安全系数均满足规范要求，且有一定安全余度；块体3在各工况下安全系数均满足规范要求。

4 结论

(1)在开挖前，特大型危岩WY19的块体1在各工况下安全系数均是满足规范要求的，块体2、块体3在暴雨工况不满足规范要求，需要采取措施。

(2)对特大型危岩WY19采取先清坡后系统锚固的防治措施，复核计算表明特大型危岩WY19各块体均满足稳定要求。

(3)危岩WY19的治理实践表明该防治措施效果良好。