冉從勇，何 蘭，余學(xué)明，葉發(fā)明

（中國(guó)電建集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610072）

1 工程及地質(zhì)概況

瀑布溝水電站為礫石土心墻堆石壩，左岸布置有引水發(fā)電建筑物及左岸岸邊開(kāi)敞式溢洪道、左岸深孔無(wú)壓泄洪洞，右岸布置有放空洞及右岸尼日河引水隧洞。電站裝機(jī)總?cè)萘? 600 MW，保證出力916 MW，多年平均年發(fā)電量147.9億k W·h。最大壩高186 m，水庫(kù)正常蓄水位850.00 m，死水位790.00 m，總庫(kù)容53.37億 m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

庫(kù)首右岸拉裂變形體位于攔河壩右岸壩軸線(xiàn)上游約780 m左右。拉裂變形體的前緣高程為730 m，后緣高程為1 187 m，前后緣平面長(zhǎng)約400 m，寬約360 m，高差達(dá)450 m，兩側(cè)有深10～35 m沖溝切割；自然谷坡大致走向?yàn)榻黃N向，谷坡總體呈折線(xiàn)狀，地形下陡上緩，地貌呈槽脊相間。谷坡坡度在980 m高程以下近50°，980 m高程以上近40°。拉裂變形體全貌及地質(zhì)分區(qū)見(jiàn)圖1。Ⅰ區(qū)主要由崩坡積體組成；Ⅱ區(qū)以槽脊為界，槽脊相間的山脊部分有明顯的變形松動(dòng)且分布不均勻。拉裂變形帶大致以強(qiáng)卸荷為界，其松動(dòng)帶巖體以碎裂結(jié)構(gòu)為主，破壞形式以槽脊后退式塌滑為主。邊坡可能的失穩(wěn)方式主要是淺表部的牽引式滑塌及其破壞后引起的Ⅰ區(qū)坡體的滑動(dòng)破壞，其破壞失穩(wěn)會(huì)惡化中部拉裂變形帶的穩(wěn)定條件。

圖1 庫(kù)首右岸拉裂變形體Fig.1 Defor ming and cracking slope on the right bank of reservoir

庫(kù)首右岸拉裂變形體距大壩非常近、方量較大、位置較高，故其破壞方式、穩(wěn)定狀況、發(fā)展趨勢(shì)等直接影響電站運(yùn)營(yíng)期間地下廠(chǎng)房取水口和大壩的安全。

2003年，拉裂變形體后緣出現(xiàn)雁列的拉裂縫，同時(shí)側(cè)緣和前緣有不同程度的變形破裂跡象；高程980 m以下溝槽表部松散體塌滑。

拉裂變形體一期治理于2009年9月份完成，二期初步治理于2011年3月份完成。目前邊坡仍在進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，以確定后續(xù)支護(hù)方案。

2 分區(qū)分期動(dòng)態(tài)治理方案研究

2.1 分期分區(qū)治理的必要性分析

2.1.1 瀑布溝分期蓄水要求進(jìn)行分期治理

瀑布溝水電站分期蓄水要求：①2009年10月導(dǎo)流洞下閘進(jìn)行一期蓄水，2009年12月份初蓄至發(fā)電死水位790 m高程以滿(mǎn)足第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電要求；②2010年5月份開(kāi)始二期蓄水，從水位高程790 m蓄至850 m。

由于庫(kù)首右岸拉裂體地形陡峻、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工布置受限、施工難度大，加之治理工程量大，拉裂體整體治理不能在蓄水前全部完成，這就要求必須對(duì)邊坡進(jìn)行分區(qū)分期治理，首先要保證瀑布溝一期蓄水要求；再保證瀑布溝二期蓄水要求。

2.1.2 變形體治理的復(fù)雜性要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

庫(kù)首右岸拉裂變形體地質(zhì)條件復(fù)雜、治理方案及措施難以一步到位，需在邊坡變形監(jiān)測(cè)及針對(duì)性補(bǔ)充勘探的基礎(chǔ)上進(jìn)一步復(fù)核邊坡運(yùn)行狀況，以使邊坡處理設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際情況，做到有的放矢。因此拉裂變形體需要進(jìn)行分期分區(qū)動(dòng)態(tài)治理設(shè)計(jì)。

2.2 分區(qū)分期治理的條件分析

2.2.1 分區(qū)治理的地形分析

拉裂變形體平面范圍廣、高差大，地形總體上為下陡上緩、槽脊（溝梁）相間，具備分區(qū)治理有利條件。

2.2.2 分期治理的工期分析

瀑布溝初期及二期蓄水要求：2009年9月份完成高程850 m以下邊坡一期治理，2011年3月完成高程855 m以下的補(bǔ)充支護(hù)和高程855～980 m范圍內(nèi)的二期初步治理。從施工強(qiáng)度和施工周期上能完成一期和二期初步治理。

2.3 分區(qū)分期及動(dòng)態(tài)治理措施研究

針對(duì)本工程特點(diǎn)及各種邊坡治理措施的適用性及優(yōu)缺點(diǎn)比較后，采用少開(kāi)挖、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)的治理原則，采用分期分區(qū)治理的設(shè)計(jì)思路，在治理設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果及補(bǔ)充勘探成果對(duì)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，以保證工程治理的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

為滿(mǎn)足分期蓄水要求，將邊坡分為一期治理和二期治理，一期治理后能保證一期蓄水安全要求，二期治理后需保證邊坡長(zhǎng)久運(yùn)行安全要求。考慮到二期施工范圍較大，施工周期較長(zhǎng)，為保證瀑布溝正常蓄水運(yùn)行，二期初步治理工程支護(hù)措施考慮先按B類(lèi)1級(jí)邊坡安全系數(shù)的低限進(jìn)行控制。分期分區(qū)平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 庫(kù)首右岸拉裂邊形體治理平面布置Fig.2 Plan of treat ments for the defor ming and cracking slope on the right bank of reservoir

一期治理主要是針對(duì)850 m高程以下進(jìn)行綜合治理設(shè)計(jì)，主要加固II-2區(qū)與II-1區(qū)（工程措施A—D區(qū)），同時(shí)對(duì)邊坡（Ⅰ區(qū)）后緣拉裂縫進(jìn)行封閉，在Ⅰ區(qū)上部邊坡布設(shè)排水溝，并布設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)施加強(qiáng)邊坡觀(guān)測(cè)。A區(qū)主要對(duì)局部垮塌的溝槽部位采用清理浮土、錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土、排水孔進(jìn)行淺表加固和封閉；B—D區(qū)為重點(diǎn)加固區(qū)域，在清坡后，表層巖體采取系統(tǒng)錨桿、框格梁、深孔錨筋束，深部巖體根據(jù)風(fēng)化深度的不同分別設(shè)置間排距5 m的錨索進(jìn)行綜合加固（其中B區(qū)和C區(qū)預(yù)留50%的錨索未實(shí)施，視監(jiān)測(cè)情況再確定是否實(shí)施）。同時(shí)將正常蓄水位以下的5個(gè)勘探平洞回填C20混凝土，其中部分采用頂部配置工字鋼、洞周邊配置鋼筋的方式形成抗剪洞。

二期治理主要根據(jù)一期治理實(shí)施后邊坡監(jiān)測(cè)反饋資料的分析論證及2008年地質(zhì)勘探成果資料，進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定性分析并落實(shí)最終的邊坡加固治理方案和措施，主要加固范圍為高程850 m以上II-2區(qū)與II-1區(qū)及Ⅰ區(qū)下部邊坡（工程措施F，G，H區(qū)），同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)成果分析對(duì)一期治理中B區(qū)和C區(qū)預(yù)留50%的錨索進(jìn)行補(bǔ)充實(shí)施。采用了深層錨索、中層錨筋束、淺層錨桿、表層噴護(hù)、框格梁、坡面排水溝、深層排水孔、表層排水孔等綜合加固措施。對(duì)正常蓄水位以上的3個(gè)勘探平洞采用C20鋼筋混凝土襯砌后作監(jiān)測(cè)兼排水洞。

考慮到二期施工范圍較大，施工周期較長(zhǎng)，二期初步治理工程支護(hù)措施先按DL／T 5353—2006要求的B類(lèi)1級(jí)邊坡安全系數(shù)的低限進(jìn)行控制，主要加固900～980 m高程區(qū)（F區(qū)50%錨索）、850 m高程以下措施全部實(shí)施完成及G區(qū)、H區(qū)未施工的工程。二期剩余部分在加強(qiáng)對(duì)邊坡的內(nèi)外監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合監(jiān)測(cè)成果和后期揭示的地質(zhì)資料評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，再進(jìn)一步確定實(shí)施二期剩余部分措施。

3 邊坡穩(wěn)定性分析研究

3.1 邊坡設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析

由于拉裂變形體距壩軸線(xiàn)約780 m，其下游為大壩，對(duì)岸布置有電站進(jìn)水口、導(dǎo)流洞進(jìn)口、泄洪洞進(jìn)口等建筑物。這些建筑物中，除導(dǎo)流洞進(jìn)口為3級(jí)建筑物外，其余均為1級(jí)建筑物。瀑布溝大壩為礫石土心墻堆石壩，如果邊坡失穩(wěn)，滑體涌浪是土石壩的重大安全隱患；另外，滑體堆積物還可能堵塞引水和泄水建筑物進(jìn)口，影響其正常運(yùn)用。綜合考慮各影響因素以及蓄水要求后，確定一期（高程790 m以下）和二期按B類(lèi)1級(jí)邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)。二期初步治理取B類(lèi)1級(jí)邊坡規(guī)范下限值，詳見(jiàn)表1。瀑布溝水電站樞紐區(qū)地震基本烈度定為Ⅶ度，邊坡地震設(shè)防烈度同基本烈度一致為Ⅶ度，基準(zhǔn)期50 a超越概率5%的壩址基巖峰值加速度為ah＝0.140 g。

表1 拉裂變形體抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)Table 1 Mini mum safety coefficients of the defor ming and cracking slope

3.2 二維邊坡穩(wěn)定性分析

3.2.1 計(jì)算方法

邊坡地形地質(zhì)條件復(fù)雜，變形失穩(wěn)后影響大，計(jì)算分析既采用二維剛體極限平衡法，也采用三維數(shù)值分析進(jìn)行邊坡相關(guān)計(jì)算。雖然該邊坡為巖石邊坡，但該邊坡巖體松動(dòng)、分化卸荷強(qiáng)烈且已發(fā)生變形跡象，因此選用下限解法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。由于剛體極限平衡分析為靜不定力學(xué)問(wèn)題，不同方法各有優(yōu)劣［1］，本研究二維計(jì)算采用STAB2009和GEO-SLOPE［2］2種計(jì)算軟件，選取了Spencer法、剩余推力法和工程師團(tuán)法3種下限解法進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比分析［3］，各方法差別見(jiàn)表2。

表2 變形體邊坡分析方法Table 2 Methods of analysing the defor ming slope

根據(jù)地形地質(zhì)條件、地質(zhì)分區(qū)選取代表性剖面新縱1-1、新縱2-2、新縱3-3和新縱7-7進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，在剖面上采取全斷面范圍內(nèi)的搜索，并結(jié)合地質(zhì)專(zhuān)業(yè)提出的臨界滑面進(jìn)行計(jì)算，既考慮了基覆界線(xiàn)、強(qiáng)風(fēng)化底界、強(qiáng)卸荷底界、弱卸荷底界等滑裂面，同時(shí)也搜索其它潛在的臨界滑裂面。

3.2.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)建議物理力學(xué)參數(shù)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行反演分析，復(fù)核和修正地質(zhì)建議參數(shù)，認(rèn)為邊坡在天然+暴雨情況下（考慮滲壓0.2）的參數(shù)較合適（3個(gè)控制型斷面的安全系數(shù)分別為0.967，1.055，0.996），計(jì)算指標(biāo)如表3。

表3 拉裂變形體穩(wěn)定計(jì)算采用物理力學(xué)指標(biāo)Table 3 Physical and mechanical indexes adopted f or the stability calculation of def or ming and cracking slope

3.2.3 計(jì)算工況

由于瀑布溝庫(kù)首右岸拉裂體下部位于正常蓄水位以下，需研究與水庫(kù)有關(guān)的工況，如正常蓄水位、水位驟降等。經(jīng)過(guò)分析，確定計(jì)算工況見(jiàn)表4。

表4 計(jì)算工況Table 4 Calculation conditions

3.2.4 計(jì)算成果分析

經(jīng)二期系統(tǒng)加固處理后，坡體穩(wěn)定安全系數(shù)均達(dá)到了表1要求，搜索最小安全系數(shù)見(jiàn)圖3；由于篇幅有限，僅選取新縱3-3剖面進(jìn)行介紹。計(jì)算成果見(jiàn)表5至表7及圖3。由計(jì)算成果可知：邊坡一期治理后，死水位高程790 m以下（603區(qū)）滿(mǎn)足表1要求；二期初步治理后，邊坡滿(mǎn)足B類(lèi)1級(jí)邊坡規(guī)范下限要求。

3.3 三維數(shù)值分析研究

圖3 各工況下可能最危險(xiǎn)滑面及安全系數(shù)（二期支護(hù)后）Fig.3 Probable most dangerous slip surface and safety factors under different conditions（after second stage support）

表5 一期支護(hù)后新縱3－3剖面穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)Table 5 Safety f actors f or section N3－3（after the first stage support）

表6 二期支護(hù)后新縱3－3剖面穩(wěn)定Spencer法計(jì)算的安全系數(shù)Table 6 Safety f actors for section N3-3 calculated by Spencer method（after the second stage support）

表7 二期初步治理后新縱3－3剖面穩(wěn)定Spencer法計(jì)算的安全系數(shù)Table 7 Safety f actors for section N3-3 calculated by Spencer method（after the second stage preliminary treat ment）

根據(jù)庫(kù)首右岸拉裂變形體邊坡的工程地質(zhì)條件與邊坡支護(hù)特點(diǎn)，采用三維數(shù)值分析方法（CORE3）研究邊坡在天然、正常蓄水、地震、庫(kù)水位驟降、暴雨等工況下的應(yīng)力分布、變形特征、塑性區(qū)分布，以及可能的失穩(wěn)破壞模式、破壞機(jī)理、可能失穩(wěn)坡體的范圍，為穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和加固設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)［4］。

由于滑坡體較淺，且松弛明顯，故初始地應(yīng)力場(chǎng)僅考慮初始自重應(yīng)力場(chǎng)。參考水文地質(zhì)資料并結(jié)合實(shí)際地形特點(diǎn)，采用有限單元法獲得穩(wěn)定滲流場(chǎng)。根據(jù)變形體邊坡的巖體結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)面分布情況，模擬了3組主要裂隙。

通過(guò)有限單元法分析可得到如下結(jié)論：天然工況下，邊坡整體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但局部（深度小于15 m）點(diǎn)安全度偏低，特別是松動(dòng)區(qū)，存在局部失穩(wěn)的可能性；邊坡上部有出現(xiàn)張拉裂縫的可能性，邊坡中下部（尤其是松動(dòng)變形巖體和強(qiáng)風(fēng)化巖體）有出現(xiàn)局部崩塌、滑動(dòng)的可能性，松動(dòng)變形巖體和強(qiáng)風(fēng)化巖體是整個(gè)邊坡穩(wěn)定性較差的部位；蓄水、地震、庫(kù)水位驟降及暴雨等均對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，蓄水后巖體屈服區(qū)最大水平深度約15 m；地震工況下，在高程850 m邊坡較大位移達(dá)170 mm；庫(kù)水位驟降時(shí)，驟降區(qū)域向坡外最大位移約18 mm。

4 邊坡監(jiān)測(cè)及運(yùn)行分析

庫(kù)首拉裂變形體邊坡監(jiān)測(cè)采用內(nèi)、外觀(guān)并重的原則，監(jiān)測(cè)設(shè)施也采用分期分區(qū)、監(jiān)測(cè)超前的設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用外觀(guān)、內(nèi)觀(guān)等多種監(jiān)測(cè)手段分別對(duì)表層及深層的變形、應(yīng)力進(jìn)行持續(xù)、全面監(jiān)測(cè)。

邊坡二期初步治理完成后，水庫(kù)連續(xù)3 a均蓄水至正常蓄水位，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，邊坡雖然局部變形仍在發(fā)展，但變形已趨緩，無(wú)異常變形的跡象，未出現(xiàn)滑移帶，錨索受力條件基本正常。表明庫(kù)首右岸拉裂變形邊坡正常蓄水位運(yùn)行情況下基本穩(wěn)定，但需要重視邊坡監(jiān)測(cè)成果的反饋分析，為后期支護(hù)設(shè)計(jì)（二期剩余部分）優(yōu)化提供依據(jù)，以確保邊坡的長(zhǎng)久安全穩(wěn)定。

5 結(jié) 語(yǔ)

拉裂變形體作為一種復(fù)雜的邊坡變形現(xiàn)象，其勘察和設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜，瀑布溝水電站庫(kù)首右岸拉裂變形體采用分期分區(qū)動(dòng)態(tài)治理的設(shè)計(jì)思路，既保證了邊坡的安全運(yùn)行，也確保了蓄水發(fā)電的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也節(jié)省了工程投資?？偨Y(jié)幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)供其它類(lèi)似變形體邊坡的治理提供借鑒：

（1）邊坡治理在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的條件下應(yīng)服從樞紐工程總體要求。

（2）邊坡治理是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程、邊坡安全監(jiān)測(cè)是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的必備輸入條件，特別是復(fù)雜變形體邊坡，因其具有勘察和設(shè)計(jì)復(fù)雜、支護(hù)工程量較大，施工周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，結(jié)合監(jiān)測(cè)資料及施工過(guò)程中揭示的地質(zhì)條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)及優(yōu)化設(shè)計(jì)是必要的。

（3）邊坡安全控制標(biāo)準(zhǔn)是影響工程安全和投資的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。在選擇參數(shù)時(shí)應(yīng)充分分析評(píng)價(jià)各種影響因素，除了規(guī)范要求考慮的因素外，應(yīng)注重地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)程度及其不確定性。從這點(diǎn)上講，有條件分期的，應(yīng)優(yōu)先考慮進(jìn)行分期設(shè)計(jì)和治理。

（4）對(duì)于復(fù)雜變形體邊坡穩(wěn)定性分析，采用二維剛體極限平衡法定量分析，結(jié)合地質(zhì)判斷和三維強(qiáng)度折減法確定滑移模式的方法是比較實(shí)用的配套分析方法。

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［2］張良建，盧丙清，徐佩華，等.基于GEO-Slope方法的危巖體邊坡穩(wěn)定性研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010，6（增2）：1587-1590.（ZHANG Liang-jian，LU Bing-qing，XU Pei-hua，et al.Study on Stability of Dangerous Rock Slope Based on GEO-Slope Met hod［J］.Chinese Jour nal of Under ground Space and Engineering，2010，6（Sup.2）：1587-1590.（in Chinese））

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