绰斯甲水电站坝前右岸堆积体稳定性计算参数选取

蔡仁龙，李 静

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

绰斯甲水电站坝前右岸堆积体稳定性计算参数选取

蔡仁龙，李 静

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

绰斯甲水电站坝前右岸堆积体紧邻大坝，与枢纽布置关系密切。在前期勘察设计时，针对其特殊的工程地质特性，采取相应的勘探、试验手段，获取基本地质资料，评价其稳定性，并进行反演分析计算和论证，为工程支护提出合理的地质建议参数，以确保电站建成后覆盖层边坡稳定及大坝安全。

深厚覆盖层；工程地质条件；稳定性；反演；参数

0 前 言

绰斯甲水电站位于四川省阿坝藏族自治州，国道G318从工程区通过，为绰斯甲河干流梯级开发的第三级。坝址上行距壤塘县城约100 km，下行距马尔康约95 km，距成都约500 km，对外交通较为便利。

电站装机390 MW，由首部枢纽、引水系统、调压井和厂区枢纽组成，首部拦水坝最高24.539 m，经取水口沿绰斯甲河左岸引水隧洞（长21 284 m）到调压井至地面厂房发电，尾水进入观音桥电站水库。

电站枢纽为大（2）型工程，经四川省地震安全性评定委员会评审，绰斯甲水电站坝址区地震基本烈度为Ⅶ度，为稳定性较差地区。

坝前右岸覆盖层堆积体紧邻坝线，与枢纽布置关系密切，水库蓄水后对闸坝运行有影响。针对该堆积体的成因、分布、组成结构、物理力学特性等，开展了地质测绘、勘探、试验等工作。

1 堆积体基本特征

坝前右岸覆盖层堆积体区为一槽状地形，其上游发育一条冲沟。堆积体上、下游两侧均为基岩，形成岩质陡坡，坡度多大于50°，槽状地形中发育松散覆盖层堆积体，下伏杂谷脑组砂板岩。覆盖层堆积体分为上下两层，下层为坡洪积，上覆崩坡积。

坡洪积堆积地貌上形成顺河长150余米，横河宽5～20 m，前缘高程2 782.97～2 787.03 m的缓坡平台，其临河（前缘河水位高程2 768.69～2 768.16 m）形成高15～20 m的覆盖层陡坡，坡度40°～75°，堆积体体积约40万m3。

崩坡积堆积覆盖于坡洪积堆积平台之上，在坝线上游形成大面积的堆积体，形成坡度一般为26°～42°，后缘分布高程达3 100 m，体积大于30万m3。

坡洪积前缘陡壁主要由灰黄色～深灰色块碎砾石土组成，轻微胶结，结构较紧密，局部可见砂卵砾石或砂夹砾石夹层。由于河水的冲刷掏蚀，前缘局部坍塌，细颗粒被河水带走，大块石则残留在前缘坡脚，部分被河水磨圆，呈次棱角～次圆状。

崩坡积分布于坡洪积平台之上，组成物质主要为块碎石土，物质成分较单一，多为近源变质砂岩，块径大小悬殊，多呈棱角状。该层厚度一般5～30 m，地表可见块径0.5～3 m的孤块石，骨架间充填灰黄色粉土，总体结构较松散，粒度不均，局部架空或形成浅表塌落。

坝前堆积体区出露基岩为三叠系上统杂谷脑组上段（T3z2）深灰色中厚～厚层变质砂岩夹板岩，受构造影响，地表岩层产状变化较大，总体产状为：N70°W～N80°E／NE（NW）∠45°～55°，岩层倾向山体外，为顺向坡。

根据地表地质测绘及右岸坝肩平硐XZPD02勘探成果，坝前右岸堆积区未见大规模的地质构造现象，基岩主要构造以层间挤压破碎带及小断层为主，破碎带宽度一般小于1.0 m。根据基岩露头统计，坝前堆积区基岩优势裂隙主要发育3组：

（1）N80°W～N70°E／NE（NW）∠30°～57°，层面裂隙，延伸长，裂面平直、粗糙，表部局部卸荷变形，张开1～10 cm，无充填，间距20～50 cm；

（2）N20°～30°E／NW或SE∠75°～80°，延伸长，裂面平直、粗糙，附钙膜，表部卸荷张开10 cm，无充填，间距30～50 cm；

（3）N60°～75°E／NW∠70°～80°，延伸中长～长，裂面平直、粗糙，表部卸荷张开10～20 cm，无充填，间距60～100 cm，局部间距30 cm。

坝前堆积区基岩谷坡陡峻，两面临空，受结构面切割，在自重应力作用下，岩体卸荷松弛较明显。据XZPD02揭示，岩体强卸荷水平深度35 m，弱卸荷水平深度61.50 m，弱风化水平深度70.2 m。

由于基岩边坡陡立，岩体受结构面的不利组合及卸荷影响，表层岩体存在松弛及变形现象，局部形成不稳定岩块，偶有崩塌、掉块现象。

坝前堆积区地下水类型可分为松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水两大类。

孔隙潜水主要赋存于河床及第四系松散堆积层中，受大气降水及基岩裂隙水补给，堆积体钻孔地下水位一般与河水位相当。

基岩裂隙水的赋存与运移主要受岩体风化、卸荷以及构造作用的控制和影响，由于河谷深切，两岸谷坡较陡，地下水排泄条件好，其水位埋藏较深。基岩裂隙水受大气降水下渗补给，根据勘探揭露，堆积区地下水位总体埋藏较深（见表1），右坝肩XZPD02平硐97.8 m洞段均未见地下水出露。

表1 坝前右岸堆积区钻孔地下水位统计

2 堆积体变形特征

地面地质调查表明，在坡洪积堆积体前缘没有发现拉裂、剪出口或压密土，亦未见其他变形破坏迹象。上覆崩坡积除下游坝前基岩与覆盖层交界处形成大于50°的基岩陡壁外，后缘、侧缘未见陡崖、拉裂缝和负地形，仅崩坡积表层局部有塌落变形迹象；崩坡积表面植被发育，生长树木，未见醉汉林、马刀树等形态。堆积体侧缘基岩未发现有倾倒拉裂等变形破坏现象，仅表层岩体卸荷松弛，裂隙宽张，张开宽度一般小于10 cm。从勘察资料判断坝前堆积体未见滑带，天然状态下整体稳定。

由于堆积体距离闸坝近，对闸坝影响较大，水库蓄水后受库水涨落及浪蚀作用影响，前缘边坡的稳定性较差，存在局部失稳的可能性，根据堆积物性状类比其他工程经验及作图法，预测塌岸宽度32.66～52.01 m，塌岸高程至2 804.4～2 818.1 m（见图1）。应进行防护处理。

图1 坝前右岸堆积体塌岸预测

3 堆积体物理力学特征

为了进一步研究堆积体的结构、组成及分布情况，在坝前堆积体上布置了6个钻孔（见表2）。据钻孔揭示，上覆崩坡积块碎石土层（Q4col＋dl）厚度3.5～21.84 m，孤块碎砾石等粗颗粒成分主要为变质砂岩，其中孤石含量约占5%～15%，块碎石含量30%～55%，砾石含量30%～40%，土为灰～灰黄色粉土或粉砂土，含量10%～20%。

钻孔揭示下部坡洪积（Q4dl＋pl）前缘厚度约50 m，主要为灰～灰黄色块碎砾石土或砾石土，孤、块石包裹其中。块碎砾石成分主要为砂岩，砂质板岩次之，其中，块石粒径20～40 cm，含量5%～10%，局部20%；碎石粒径一般6～12 cm，含量20%～40%，平均约30%；砾石多为中粗砾，角砾为主，局部偶见圆砾，含量40%～50%；土为灰～灰黄色粉土，局部砾质砂土，含量15%～30%，平均约20%。坡洪积总体结构较密实。据钻孔XZZK19揭露孔深14.84～17.50 m（高程2 774.19～2 771.53 m）为含碎砾石粉土，高于河水面3.33～5.99 m（对应河水位2 768.20m），上游顺河向XZZK21钻孔同等高程未见该层分布，仅孔深40.44～44.10 m（高程2 751.27～2 754.93 m）揭露为灰黄色粉砂夹砾石（砾石以角砾为主，少量圆砾）。

表2 坝前右岸堆积区钻孔一览表

对坡洪积堆积进行了6组物理性试验，取样位置在靠近坡洪积平台前缘小路边，取样深度2.0～2.5 m。根据试验成果，统计平均湿密度2.13 g／cm3，天然干密度2.00 g／cm3，天然含水率为6.2%，孔隙比0.352，土体处于中密状态；小于0.5 mm颗粒粒径以下部分的液限29.5%，塑限17.9%，塑性指数11.7。

在颗粒级配组成中，200～60 mm碎石含量18.83%，60～2 mm砾粒含量50.62%，2～0.075 mm砂含量13.85%，小于0.005 mm粘粒含量5.26%，小于0.075 mm细粒含量16.70%，小于5 mm颗粒含量37.89%，不均匀系数为1 294.1，曲率系数为9.65，分类定名为碎石混合土（SlCba）。

按6组样平均基础资料在室内进行了2组力学性试验，试验成果表明：坡洪积土体在0.1～0.2 MPa压力下压缩系数为0.032MPa-1，压缩模量为42.4 MPa，属低压缩性；临界坡降0.56，破坏坡降1.14，渗透系数1.03×10-2cm／s，管涌型破坏，具有较强透水性；饱和固结快剪状态下粘聚力75 kPa，内摩擦角34.5°；天然快剪状态下粘聚力65 kPa，内摩擦角35.5°，具有一定抗剪强度（见表3、4）。建议：干密度ρ＝2.0 g／cm3，粘聚力C＝20～40 kPa，内摩擦角Φ＝28°，K＝10-4～10-3cm／s。

4 崩坡积堆积体稳定性反演计算及地质参数选取

从勘测资料和地质调查判断坝前右岸堆积体未曾发生滑动，在天然状态下整体稳定。由此，对坝前右岸堆积体崩坡积进行反演计算，计算采用水科院陈祖煜编“土质边坡稳定计算程序STAB”。在崩坡积体内搜索最危险滑裂面时，其滑动安全系数及对应的Φ、C值具体见表5（剖面1为典型剖面，剖面2为最不利地形剖面崩坡积前缘局部坍塌并完全覆盖了下层坡洪积，参见图1）：

表3 坝前右岸坡洪积堆积体室内力学性试验成果

表4 坝前右岸坡洪积堆积体压缩试验成果

根据堆积体目前的工程地质特征及稳定状况，参考对坝前右岸堆积体进行反演计算的成果，参照坡洪积力学实验成果，类比相应工程，提出坝前堆积体上覆崩坡积建议参数：干密度ρ＝1.7～2.1 g／cm3，粘聚力C＝15～20kPa，内摩擦角Φ＝28°～32°（见表6）。

表5 滑动安全系数及Φ、C值

表6 坝前右岸堆积体土体物理力学性建议值

5 结 语

绰斯甲水电站坝前右岸覆盖层堆积体在前期地质调查的基础上，根据其分层的不同工程地质特性，通过勘探、试验等基础地质资料，判断其未曾发生滑动，在天然状态下整体稳定。采取反演计算稳定性分析及工程类比，为工程支护提出合理的地质参数建议值。

作为电站坝前工程边坡，须采取工程支护措施，提高坝前堆积体的稳定性，达到相应水工建筑物要求的安全系数，以确保电站运行后覆盖层边坡稳定及大坝安全。另外，鉴于堆积体距离大坝近，施工过程中应尽量减少对坡体较大的扰动和不良开挖，避免恶化边坡稳定条件。

TV223

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1003-9805（2015）04-0044-04

2015-06-29

蔡仁龙（1970-），男，四川篷溪人，高级工程师，从事水电工程地质工作。