玉龙喀什水利枢纽工程P1石料场开挖高边坡稳定性分析

杨造仁

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

玉龙喀什水利枢纽工程位于和田河支流玉龙喀什河中游河段上，是玉龙喀什河山区河段的控制性水利枢纽工程，为Ⅱ等大（2）型工程。工程水库总库容5.36 亿m3，主要由高233.5 m 的混凝土面板堆石坝、装机200 MW 的发电系统和泄洪建筑物（包括表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1 号、2 号深孔泄洪冲砂洞）组成。

P1 石料场位于S216 省道路碑100 km 皮夏达里亚河左岸，距坝址区12～13 km。P1 石料场分为5 个区（A，B，C，D，E），料场大部分基岩裸露，储量丰富，依地形地貌条件，料场类型为Ⅱ类。规划P1 石料场A 区上游山梁作为工程混凝土骨料和大坝填筑堆石料料源，规划开采量1 960万m3，料场开采完成后形成最大边坡高度240.0 m。P1石料场边坡高度大、坡度陡、卸荷速度快[1，2]，快速开挖情况下，料场边坡容易发生破坏[3-6]。下文通过计算分析边坡稳定性，确定合理的边坡支护型式。

2 地质条件

P1 石料场A 区料场长约900.0 m，宽300.0～450.0 m，山顶高程2 423 m，自然边坡30°～60°。A区上游山梁宽厚，由上、下游两个小山脊组成，山梁中部厚度大于300.0 m。山梁顶部高程2 400 m左右，地形平缓，山梁两侧分布有冲沟，两侧冲沟+平缓顶部+宽厚的山梁共同构成馒头状地形特征。

料场出露基岩主要为浅肉红色中细粒二长花岗岩、花岗闪长岩夹浅灰色英云闪长斑岩夹层。料场上游侧为布夏达里亚河河湾，下游侧为一槽状小冲沟，山脊表层分布0.5 m左右风化残积土，强风化层厚1.0～3.0 m，弱风化层厚12.0～15.0 m。下游侧山脊高程2 360 m 左右为一缓平台，为早期阶地，堆积冲洪积碎块石土及卵砾石层，厚32.0 m 左右；下游冲沟内两侧坡上堆积崩坡积、坡洪积含土大块石、含土碎块石、碎块石土及含碎石粉土层，厚度不一，最大厚度为42.0 m，其他部位大部分表面基岩裸露。山梁下游边缘分布有一蚀变带，宽约12.0 m；冲沟上游侧分布一沿320°NE∠65°断层发育的花岗岩蚀变带，宽12.0 m 左右，顺冲沟展布，倾角65°左右，倾向上游。该区共统计4 组优势裂隙：325°NE∠70°，45°NW∠65°，330°SW∠65°，35°SE∠50°。

3 边坡稳定分析

P1 石料场位于坝址下游12～13 km，属于与水工建筑物安全和运用不相关的水利工程边坡，考虑边坡破坏后对该工程及周边建筑物的影响，边坡等级暂定为3 级边坡。工程区降雨较少，地下水位基本与侵蚀基准面持平，边坡稳定计算不考虑地下水影响。料场开挖区由上游侧、中段和下游侧3 段边坡组成，上游段边坡走向37°，坡长约120.0 m，最大坡高约120.0 m；中段边坡走向90°，坡长约250.0 m，最大坡高约240.0 m；下游段边坡走向306°，坡长约300.0 m，坡高约130.0 m。料场开挖边坡稳定计算采用极限平衡法（毕肖普法和摩根斯顿-普赖斯法）计算，并用强度折减法进行复核。

3.1 计算模型

根据SL 386-2007《水利水电工程边坡设计规范》，考虑最不利情况，选取P1 料场Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面作为典型计算剖面。Ⅰ-Ⅰ剖面最大坡高140.0 m，Ⅱ-Ⅱ剖面最大坡高250.0 m。以正常运用工况和非常运用工况作为最不利控制工况，考虑开挖完成后的岩质毛边坡建立边坡稳定计算分析模型（见图1、图2）。正常运用工况下的荷载包括岩体自重，规范规定的安全系数为1.20～1.15；非常运用工况为正常运用工况下遭遇地震，荷载包括岩体自重、地震荷载等，规范规定的安全系数为1.10～1.05。

图1 极限平衡法计算模型

图2 强度折减法计算模型

3.2 计算参数选择

料场边坡岩体物理力学参数地质建议值见表1 和表 2。

表1 边坡岩体物理力学性质参数取值

表2 结构面抗剪强度指标取值

3.3 计算结果

不同工况下抗滑稳定计算结果见表3，计算结果显示，P1 料场开采后岩质毛边坡在2 种运用工况下计算所得安全系数均满足SL 386-2007 要求。

表3 料场边坡抗滑稳定安全系数汇总表

4 边坡支护设计

通过上述分析得出P1 石料场边坡在2 种工况下整体是稳定的，影响边坡局部稳定的主要因素为断层和蚀变带。边坡支护采用浅层支护+深层加固的支护措施，边坡浅层支护采用喷混凝土、坡顶锁口锚杆、系统锚杆及锚筋桩支护：喷C25 混凝土厚10 cm，挂钢筋网，直径8 mm，网格20 cm×20 cm；系统锚杆长4.5 m，直径25 mm，间距2.0 m×2.0 m。每级边坡顶部布设2 排长9.0 m、直径32 mm 锁口锚杆，间距2.0 m×2.0 m；局部岩石破碎或断层区施以锚筋桩（3φ28，L=15.0 m）随机深层加固。根据地下水活动情况，边坡坡面布置排水孔，孔径45 mm，孔深2.0 m，上仰角10°。

5 边坡监测

P1 石料场主要监测内容为边坡表面和深部变形监测。料场开挖区上游侧、中段和下游侧各设1个监测断面，每个断面布设4 个表面位移监测点、6 支多点位移计；另在地质缺陷部位布设2 个表面位移监测点，预留2 支多点位移计，多点位移计每支孔深50.0 m、设测点3 个。

6 结语

综上所述，P1 石料场岩质毛边坡整体是稳定的，根据计算结果及实际地质条件，料场开挖边坡采用浅层支护+深层加固的支护措施，配合坡面喷锚支护及排水，并采用边坡表面和深部变形监测结合的监测方式，保证施工期和永久运行期安全。