某水电站开关站边坡稳定性分析

闵 勇 章, 凡 亚 , 刘 永 波

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072)

0 引 言

开关站作为水力发电系统的重要组成部分，负责接受和分配水力发电机组发出的电能，经主变压器升高至规定电压后，实现远距离外送输电，尤其是大渡河干流上作为全国能源基地、落实"西电东送"战略的重要项目之一的某大型水电站，其开关站的选址和工程边坡的稳定性研究与评价便显得尤为关键。本文在参阅相关文献的基础上[1-3]，通过地表地质调查及自然边坡现状对开关站边坡稳定性进行宏观判断，并采用极限平衡法对多种工况下的边坡稳定性进行定量计算，辅以赤平投影进行分析，提出边坡开挖处理建议，为工程施工安全及永久安全提供设计依据[4-5]

1 边坡工程的地质条件

1.1 边坡状况

开关站位于左坝肩心墙下游侧f21断层与f24断层之间的略凸起斜坡段(图1)，天然坡度总体45°～50°，地形略有起伏，具有一定的台阶状地貌特征，处于上部陡坡与下部缓坡之间，上部陡坡平均坡度约60°，下部缓坡坡度约40°。工程边坡为直立开挖，开挖坡高约10 m～30 m。

1.2 边坡岩体结构特征

1.3 边坡岩体变形破坏特征

边坡岩体变形破坏主要受f21、f24断层及同组结构面控制，多表现为旋转滑移拉裂破坏，其中发育较密集的J4组构成旋转滑移拉裂的侧向切割面；浅表部岩体主要受J1、J6组缓倾角裂隙控制，多产生滑移拉裂，或受结构面切割形成滑移拉裂变形块体，在地表形成规模较小的空腔和危岩体。

图1 开关站工程地质平面图

表1 次级小断层发育统计表

高高程XPD6#平硐(位置见图1)揭示，坡体内存在一定程度变形，深度达100 m；变形主要集中在32 m～36 m、59 m～73 m、94 m～97 m处，具有明显的分带特征；坡体在50 m深处沿垂向陡倾角裂隙产生倾倒拉裂变形，拉裂缝宽3～4 cm。

2 边坡稳定性分析

2.1 宏观判断

根据地表地质调查及坡体变形破坏迹象判断，自然边坡整体处于基本稳定-稳定状态；但工程边坡岩体受f21、f24断层及同组长大结构面控制，多表现为滑移拉裂破坏，当开挖揭露到该组断层及长大裂隙导致底滑面临空时，边坡失稳破坏风险较大。

2.2 极限平衡法计算

选取开关站横向剖面(图2)进行稳定性计算。

2.2.1 计算方法及参数选取

采用极限平衡法对开关站边坡进行稳定性定量评价，计算采用一般条分法、毕肖普法和简布三种方法；计算工况分天然、地震、暴雨及暴雨+地震四种；各级岩体和结构面物理力学指标建议参数(表2、表3)。

表2 岩体物理力学指标建议值表

表3 结构面力学指标建议值表

2.2.2 计算方案

据前文分析知，开关站横向剖面(后缘边坡)主要受控于J3组中陡倾角顺坡裂隙或与其同组的f24断层，稳定性计算主要以该组结构面建模；此外考虑开关站上下部位J7组陡倾角结构面的发育情况，选取J7、J3组合进行稳定性计算(表4)。

图2 开关站横向剖面图

表4 潜在控制面及组合模式一览表

表5 边坡稳定性极限平衡分析成果表

计算成果(表5)表明，开关站横向剖面开挖边坡整体(f24+坡脚剪断强卸荷岩体)在天然或暴雨工况下处于基本稳定状态，在地震或地震+暴雨的不利工况下处于不稳定状态；J7+J3组合模式在地震、暴雨、暴雨+地震等工况下稳定性系数均小于1，表明后侧边坡局部稳定性较差，处于欠稳定状态。

3 工程边坡块体稳定性赤平投影分析

通过赤平投影对开关站后缘及上、下游侧开挖边坡的块体稳定性进行分析。

3.1 后缘边坡

据横向(后缘边坡)赤平投影图(图3)分析得出：J3组与横向(后缘)边坡小角度相交，中倾坡外，边坡岩体易沿该组顺坡裂隙产生滑移拉裂破坏；其中J4组为侧向控制面，J7、J2组为后缘拉裂面，倾向坡内的J1、J6组缓倾角结构面则构成块体失稳的顶部割裂面。

3.2 上游侧边坡

据上游侧边坡赤平投影图(图4)分析得出：J4组与上游侧边坡小角度相交，倾角陡立，易产生倾倒变形，在J4组裂密带部位发生倾倒可能性较大；局部发育的J2、J7组可与J3组组合形成楔形滑移拉裂破坏块体。

图3 横向边坡赤平投影图

3.3 下游侧边坡

据下游侧边坡赤平投影图(图5)分析得出：J4组与下游侧开挖面小角度相交，陡倾坡外，而开关站边坡属直立开挖，易沿J4组产生顺坡滑移破坏，J3组构成侧向滑移面。

4 结 语

开关站工程边坡的整体稳定性主要受f21、f24断层及同组长大结构面的控制，破坏方式为滑移拉裂破坏；后缘边坡在天然状况下整体处于基本稳定状态，在地震作用下处于欠稳定状态，局部块体失稳的可能性较大；当开挖切露到该组断层及长大裂隙导致底滑面临空时，边坡岩体极易产生失稳破坏。

开关站后缘边坡局部稳定性较差，易沿J3组中陡倾裂隙发生滑移拉裂变形破坏；上游侧边坡受J4组结构面控制，易发生倾倒拉裂破坏，且在J2、J7组裂隙发育部位，可与J3组合形成楔形滑移拉裂型不稳定块体；下游侧边坡主要受控于J4组陡倾顺坡结构面，稳定性差，易发生滑移破坏。

5 处理建议

(1)可通过灌浆改善f24断层性状，或采取预应力锚索支护以改变坡体受力条件等措施，强化后缘边坡的整体稳定。(2)在系统锚杆支护基础上，对潜在失稳块体尤其是J3、J4组裂隙密集发育部位采取针对性加强支护措施，强化局部块体稳定。(3)开挖中应辅以必要监测手段，动态掌握坡体稳定状态，为工程施工及安全管理提供科学依据。

图4 上游侧边坡赤平投影图

图5 下游侧边坡赤平投影图