某水电站左岸6#山梁治理设计
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摘要：文章介绍了某水电站左岸6#山梁坝顶公路以上部位的边坡综合治理设计，包括基本地形地质条件分析、边坡失稳机制和模式研究、边坡稳定性评价、综合治理设计原则和工程措施。
关键词：水电站 左岸6#山梁 边坡 综合治理设计
1概述
XX水电站6#山梁位于坝址左岸F5断层下游侧地段。在该处山坡布置有高线（EL.1380m）、坝顶（EL.1245m）、中线（EL.1140m）和低线（EL.1000m）四层公路，河床及岸边布置有水垫塘二道坝、下游围堰和导流隧洞出口等水工建筑物，在坝顶公路和高线公路之间（靠瓦斜路沟侧）布置有左岸砂石加工系统。6#山梁的天然山坡及开挖边坡的稳定程度对上述工程运行期特别是施工期的安全影响重大。
2001年9月，在公路开挖爆破过程中引发一定范围的岩体倾倒错落塌滑，在高线公路无法明挖通过的同时，6#山梁塌滑岩体周边仍余留部分危岩，威胁公路和导流洞出口施工及运行安全，并可能制约截流工期；2002年6月，云南澜沧江水电开发有限责任公司邀请国内知名边坡专家到现场踏勘、考察和咨询后，明确对6#山梁必须采取工程措施，确保开挖边坡在施工期的稳定，并提高山坡整体稳定安全度。
2 地形地质条件
6#山梁综合治理的平面范围见附图所示。在Ⅲ级断层F5与F23之间，大部分地段基岩，仅局部山坳及冲沟中有第四系堆积物分布。山坡平均坡度约40°，局部地段分布有早期崩塌作用形成的陡壁。现公路开挖形成的边坡形态多呈陡缓转折的阶梯状。
出露地层主要为中深变质岩系及第四系，岩层呈单斜构造横河分布，陡倾上游，主要岩性为黑云花岗片麻岩和角闪斜长片麻岩，它们虽均属坚硬的块状岩石，但后者的抗风化能力相对较弱。第四系堆积层主要为碎石质砂粉土夹块石及块石层和开挖堆渣，高程1200m以上分布较薄，厚度约0.5m~5m。
岩层产状为N70°~85°W,NEÐ65°~85°，主要结构面走向近EW及近SN，倾角多陡立。根据结构面的规模划分，该地段主要分布有F5、F19、F23、F15四条Ⅲ级陡倾断层和两组Ⅳ级陡倾结构面（小断层f和挤压面gm）。普通发育对边坡稳定程度关系较大的Ⅴ级结构面（节理）主要发育三组：①近SN向陡倾节理组（顺河向节理），产状为N0°~10°E，SE∠75°~90°，延伸一般2m~5m，最长可达10余米，间距20cm~50cm，在局部地段分布有宽5m~10m的节理密集带；②NWW向节理组（横河向节理），产状N65°~85°W，NE∠55°~80°，延伸一般1m~3m，间距30cm~50cm；③顺坡向中缓倾角节理组，产状为N20°W~N20°E，SW~NW∠30°~45°，该组节理在微风化~新鲜岩体中相对不发育，延伸较短。
边坡岩体以均匀风化为主，风化层厚度主要受岩性、构造和地形控制。一般在地形凸出的山脊部位风化厚度大，山坳、冲沟地段的风化层相对较薄；在坡顶和角闪斜长片麻岩分布地段的地形较平缓部位，常出现较厚的全、强风化层。
6#山梁地势陡峻，卸荷作用强烈。卸荷现象主要表现为生成顺坡向中缓倾角剪切裂隙和陡倾角拉张裂隙，岸坡常在此基础上产生崩塌等失稳现象。
本地区地表水和地下水的最低排泄基准面为澜沧江。地下水类型主要为裂隙潜水，由于补给来源丰富，地下水位埋藏较浅，岸坡地下水位线一般在弱风化岩体的中、下部。
3 边坡失稳机理与模式分析
6#山梁岩质边坡失稳主要发生在山坡浅表部位的强风化、强卸荷岩体中，并常见以下几种类型：
a. 滑移型塌滑：常发生在顺坡中缓倾角剪切裂隙较发育且连通率较高的边坡表层。通常是以顺坡裂隙为底滑面，顺河向卸荷拉张裂隙（或节理）为后缘拉裂面，横河向节理为侧向切割面。该类塌滑一般规模较小，但它可向周边逐渐扩展，向深部逐渐剥离。
b. 错落型崩塌：常出现在由花岗片麻岩构成的陡坡地段，其失稳机理是：边坡岩体在卸荷过程中顺河延伸的拉张裂隙逐渐构通，陡坡下部岩体被压碎并出现剪切破裂面（常追踪顺坡节理），在某些触发因素作用下即发生崩塌。6#山梁在高线公路开挖过程中发生的较大范围的崩塌属此类型。
c. 倾倒型崩塌：此类崩塌常发生在两种岩层交界面或有Ⅱ、Ⅲ级断层等软弱岩带分布的逆层坡地段。其失稳机理是：山坡下部分布有相对易风化的岩层或软弱岩带，它们在风化卸荷过程中逐渐被压缩，使其上部的相对较坚硬的岩体发生倾倒、折断，当下部岩体被压碎出现剪切破坏时即发生崩塌。
4 平面稳定分析
4.1 岩体物理力学参数
由于地勘资料的缺乏和不足，本次计算依据前期地质、试验资料和开挖暴露面所揭示的地质条件，并对山坳塌方体进行地质参数反演分析（反演成果见表一注），综合以上因素,拟定边坡平面稳定计算的物理力学参数见表一。
表一 边坡平面稳定岩土力学参数计算采用值（峰值强度）
编号
岩土类别
Φ?
(°)
C?
(kN/m2)
天然容重
(kN/m3)
饱和容重
(kN/m3)
1
坡积体
30.1
40
18.5
20.0
2
堆积体
38.0
50
20.6
23.5
3
堆积体接触带
32.0
50
20.6
23.5
4
全风化带
29.0
40
21.0
22.0
5
强风化、强卸荷带
山梁部位
29.0
60
26.0
26.7
山坳部位
32.0
110
26.0
26.7
6
弱风化、卸荷带
35.0
340
26.3
26.7
注：对山坳部位塌方体处于0.95安全系数条件下,固定Φ?=32°,干坡反演C?=0.084Mpa,雨季反演C?=0.145Mpa；固定C?=0.11Mpa, 干坡反演Φ?=27, 雨季反演Φ?=36
4.2 稳定计算方法
切取典型剖面，按平面刚体极限平面问题考虑，不考虑动力效应对岩土参数取值的影响。计算采用陈祖煜教授编制的EMU程序进行。
4.3 平面稳定计算边界条件与控制标准
（1）边坡滑动方向与计算剖面选取
根据地质条件分析，为简化计算，6#山梁边坡失稳的边界条件如下：
a. 沿强风化、强卸荷带顺坡中缓倾角结构面的剪切滑移破坏；
b. 向河床、沟谷等临空面方向的倾倒崩塌破坏；
c. 中缓倾角节理与陡倾结构面相互切割、组合，构成对边坡不利的楔体破坏模式。
考虑到XX工程枢纽区中缓倾角节理及卸荷裂隙发育的主要产状为近SN向，基本垂直的两组陡倾结构面也以近SN向相对发育，计算剖面为一近EW向和其它三个接近天然地形最陡方向剖面。
（2）地下静水压力取值
6#山梁地区天然地下水位基本上处于强风化、强卸荷带以下部位，计算分析中采用暴雨条件下的地下静水压取值标准采用：取1/5滑块高度。
（3）地震惯性力
地震工况下地震惯性力按拟静力法计算，仅考虑水平向地震作用。取100年超越概率10%水平峰值加速度a水平=0.169g，地震效应折减系数ζ=0.25,动态分布系数ai=1.875，相应的水平地震力综合系数取值为Kh=0.08。
（4）计算工况及安全系数控制标准
6#山梁综合治理措施考虑一次到位实施，避免二次上山不考虑分期进行，因而计算分析考虑正常运行、地震和泄洪工况，其中坝顶公路以下边坡将结合导流洞出口开挖、泄洪雾化保护等，下一步作综合治理研究，故本次计算无泄洪工况。本区域距工程主体拱坝尚有一定距离，坝顶公路以上边坡又接近天然边坡，安全等级按低于主体工程边坡考虑，取为二级边坡，各工况对应的平面稳定安全系数控制标准见表二。
表二 边坡平面稳定计算最小安全系数控制标准
平面稳定计算工况
正常运行
泄洪雾化
运行地震
安全系数控制标准
1.20
1.12
1.03
坡控制性滑块平面稳定计算安全系数成果表
项目
干坡核算
计算工况
所需
锚固力
（t/m）
剖面序号
滑块位置
无水干坡
正常运行
运行地震
1
EL.1425m～EL.1320m
现状体型
1.14
1.06
0.94
150
清坡体型
1.42
1.30
1.11
2
EL.1440m～EL.1295m
现状体型
1.05
0.97
0.85
600
清坡体型
1.16
1.06
0.93
290
3
EL.1520m～EL.1425m
1.03
0.93
0.85
500
EL.1320m～EL.1265m
2.03
1.93
1.72
4
EL.1515m～EL.1410m
1.58
1.50
1.37
EL.1360m～EL.1230m
1.57
1.46
1.29