广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司 广西南宁 530023
[摘 要]驮英水库导流泄洪洞隧洞出口开挖边坡为斜向坡,倾向坡外侧,边坡稳定性较差,可能存在多种滑动模式,开挖边坡后稳定性更差,通过极限平衡法计算机分析天然边坡与开挖后边坡稳定性,为边坡设计提供了依据。
驮英水库位于广西宁明县那堪乡,是一座以灌溉、供水为主,兼顾发电等综合利用的大(2)型水库。水库正总库容2.28亿m3。
泄洪隧洞采用与施工导流隧洞相结合布置的型式,布置在坝址右岸山体内。泄洪隧洞全长541.5m,由进口段、短斜坡连接段、明流洞身段及出口挑流消能段等组成。
2 、工程地质条件
坝址河谷为“V”型谷,水面宽20.5~52m,河道平直,河流走向南偏东42°。河床高程163.4~166.4m左右。导流泄洪洞出口洞脸边坡最大坡高约26.3m,开挖边坡为斜向坡,倾向坡外侧,边坡覆盖层为残坡积含碎石粘土,厚0~2.2m,下伏岩体为J1b1-3、J1b1-2和J1b1-1粉砂质泥岩、砂岩、泥质粉砂岩,强风化下限埋深2.4~6.8m,弱风化下限埋深4.0~11.8m。岩体陡倾角节理裂隙发育,节理面平直光滑,微张,充填泥质。J1b1-3砂岩岩体胶结差,同时受风化和地下水胶结差的影响,局部较破碎,性状差。导流泄洪隧洞出口发育有一条向斜,以上游冲沟为界,隧洞出口上游岩层产状为N50°~55°E,SE∠10°~13°,岩层较缓;下游侧岩层产状为N60°~65°E,SE∠45°~61°。导流泄洪隧洞出口下游侧边坡开挖走向为东西向,岩层走向与边坡走向夹角为25°~30°,近顺向坡。开挖边坡后切断岩体坡脚,形成临空面,易发生滑坡。
3、极限平衡分析
(1)主要滑动剖面选择
为了全面了解广西驮英水库导流泄洪隧洞出口右岸边坡的稳定性,本次计算选取中最可能滑动的Ⅲ-Ⅲ剖面和Ⅶ-Ⅶ剖面的天然边坡和开挖边坡进行稳定性分析。分别采用摩根斯顿-普赖斯法和简化毕肖普法两种方法进行边坡稳定性分析。
(2)计算参数选取
据地表和边坡开挖裂隙统计,驮英水库导流泄洪隧洞出口右岸裂隙发育,其中对工程区计算剖面的岩体质量、边坡稳定有影响的裂隙面主要有5组:(1)J1:N45°E ,SW∠85°;(2)J2:N43°E,NW∠80°;(3)J3:NS,W∠80°;(4)J4:N55°W,SW∠81°;(5)J5: N75°W,SW∠70°。边坡稳定性主要由软弱夹层和优势节理控制,易组合构成滑动模式。根据工程资料以及工程经验,隧洞出口边坡主要结构面力学特性及参数见表1。
表1 隧洞出口边坡主要结构面力学特性及参数
构造 类型 | 编号 | 抗剪断强度 | |
f | c (kPa) | ||
节理 | J1、J2、J3、J4、J5 | 0.55 | 35 |
层面 | 弱风化粉砂质泥岩层面 | 0.50 | 100 |
强风化粉砂质泥岩层面 | 0.35 | 60 | |
风化界面 | 弱风化界面 | 0.50 | 100 |
强风化界面 | 0.35 | 60 | |
泥化夹层面 | 泥化夹层 | 0.35 | 35 |
计算剖面Ⅲ-Ⅲ天然边坡可能的控制性结构面及可能组合成的滑动模式如表2所示。
表2 剖面Ⅲ-Ⅲ天然边坡主要结构面积可能的滑面组合
位置 | 滑动模式 | 简述 |
剖面Ⅲ-Ⅲ | 模式1 | 强风化线+J2(上缘拉裂) |
模式2 |
|
(2) 剖面Ⅶ-Ⅶ滑动模式
计算剖面Ⅶ-Ⅶ天然边坡可能的控制性结构面及可能组合成的滑动模式如表3所示。表3 剖面Ⅶ-Ⅶ天然边坡主要结构面积可能的滑面组合
位置 | 滑动模式 | 简述 |
剖面Ⅶ-Ⅶ | 模式1 |
|
模式2 | 强风化线+J4(上缘拉裂) |
以上计算结果总结如表4所示。
表4 剖面Ⅲ-Ⅲ和剖面Ⅶ-Ⅶ天然边坡稳定计算成果表
模式 | 模式1 | 模式2 | ||
方法 | 方法1 | 方法2 | 方法1 | 方法2 |
剖面Ⅲ-Ⅲ安全系数 | 1.386 | 1.302 | 1.877 | 1.842 |
剖面Ⅶ-Ⅶ安全系数 | 1.986 | 1.819 | 1.198 | 1.230 |
注:方法1一摩根斯顿-普赖斯法,方法2一简化毕肖普法。
由表4的计算结果可知,对于剖面Ⅲ-Ⅲ的天然边坡,在2种滑动模式下的安全系数均大于1.2,边坡整体稳定性一般。对于剖面Ⅶ-Ⅶ的天然边坡,模式1和模式2的安全系数均大于1.2,边坡整体稳定性一般。
(1) 剖面Ⅲ-Ⅲ滑动模式
计算剖面Ⅲ-Ⅲ工程边坡可能的控制性结构面及可能组合成的滑动模式如表5所示。
表5 剖面Ⅲ-Ⅲ工程边坡主要结构面积可能的滑面组合
位置 | 滑动模式 | 简述 |
剖面Ⅲ-Ⅲ | 模式1 | 强风化线+J2(上缘拉裂) |
模式2 |
|
模式1 模式2
(2) 剖面Ⅶ-Ⅶ滑动模式
计算剖面Ⅶ-Ⅶ工程边坡可能的控制性结构面及可能组合成的滑动模式如表6所示。
表6 剖面Ⅶ-Ⅶ工程边坡主要结构面积可能的滑面组合
位置 | 滑动模式 | 简述 |
剖面Ⅶ-Ⅶ | 模式1 |
|
模式2 | 强风化线+J4(上缘拉裂) |
模式1 模式2
以上计算结果总结如表7所示。
表7 剖面Ⅲ-Ⅲ边坡稳定计算成果表
工况 | 模式1 | 模式2 | ||
方法1 | 方法2 | 方法1 | 方法2 | |
开挖后剖面Ⅲ-Ⅲ | 1.021 | 1.062 | 1.219 | 1.223 |
开挖后剖面Ⅶ-Ⅶ | \ | 1.355 | 1.066 | 1.081 |
注:方法1一摩根斯顿-普赖斯法,方法2一简化毕肖普法。
由表8的计算结果可知,对于剖面Ⅲ-Ⅲ的边坡,模式2在开挖后安全系数均大于1.2。模式1在开挖后的安全系数小于1.2,边坡稳定性较差。对于剖面Ⅶ-Ⅶ的边坡,模式1在开挖后安全系数大于1.2。模式2开挖后的安全系数小于1.2,边坡稳定性较差。
通过以上天然边坡和工程边坡二维极限平衡分析计算结果可知,剖面Ⅲ-Ⅲ和Ⅶ-Ⅶ的天然边坡的整体稳定性一般,其中,剖面Ⅲ-Ⅲ和剖面Ⅶ-Ⅶ的天然边坡的在强风化下限线上部块体稳定性稍差。在进行开挖后,各剖面边坡稳定性均较差。
5、小结
(1)导流泄洪洞出口边坡主要为侏罗系下统百姓组下段第1~第4层(J1b1-1~J1b1-4),岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和砂岩等,软硬相间,呈互层或夹层状。
(2)工程边坡变形破坏模式主要为:以岩层层面、风化界面或层间软弱夹层为底滑面,优势节理或卸荷裂隙为两侧及后部切割面,形成不同形态及规模的潜在滑移体。
(3)根据二维极限平衡计算:剖面Ⅲ-Ⅲ和Ⅶ-Ⅶ的天然边坡的整体稳定性一般,剖面Ⅲ-Ⅲ和剖面Ⅶ-Ⅶ的天然边坡的在强风化下限线上部块体稳定性稍差,在进行开挖后边坡稳定性均较差,建议设计采取有针对性的措施,针对可能滑动的模式进行相应的支护工作,以保证施工安全。
参 考 文 献
广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院.广西左江治旱驮英水库及灌区工程工程地质勘察资料成果[R].南宁:广西壮族自治区水利电力勘测设计院研究院.2016.
广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院.导流泄洪隧洞出口开挖边坡稳定计算分析及支护措施研究[R].南宁:广西壮族自治区水利电力勘测设计院研究院.2018.
作者简介:黄 越(1988-)男,汉族,广西南宁人,学士,工程师,单位:广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司,工程师,主要从事水利水电工程勘察设计工作。
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