驮英水库导流泄洪隧洞出口开挖边坡稳定性分析

驮英水库导流泄洪隧洞出口开挖边坡稳定性分析

黄越

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。

[关键词]大型水库工程；斜向坡; 多种滑动模式；极限平衡法

1 、工程概况

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J₁b^1-3、J₁b^1-2和J₁b^1-1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。J₁b^1-3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

4、天然边坡滑动模式

（1） 剖面Ⅲ-Ⅲ滑动模式

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

（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

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

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。

4、开挖后边坡滑动模式

（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

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

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

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（J₁b^1-1～J₁b^1-4），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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