西流水水电站右岸边坡稳定性分析及治理工程措施
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摘 要：本文详细分析了西流水水电站右岸边坡的稳定性，提出了边坡治理的工程措施，并进行了边坡加固后的稳定性计算，供类似工程参考。
关键词：右岸边坡;稳定性分析;失稳;治理工程措施
中图分类号：[TM622]文献标识码：A
一、概述
（一）工程概况
西流水水电站工程位于甘肃省张掖市肃南县境内的黑河大峡谷西流水至榆木沟河段，属中型三等工程，是黑河水能规划的第七座梯级电站，由大坝、溢洪道、泄洪排砂洞、引水发电洞、发电厂房等建筑物组成。坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高146.50m，坝顶高程1924.50m，坝顶宽10m，长190.64m，上游坡比1：1.5，下游坡比1：1.5～1.4。水库正常蓄水位为1920m，库容8620m3，电站装机容量15.7万kw。
（二）地形地质
坝址区河谷为深切的V字形峡谷，河道弯曲，平面展开呈凸向右岸的S型，河谷两岸地形陡峭。右岸边坡为一凸向右岸的山梁，高度自沟底算起95m，呈陡缓陡的地貌状态，北倒壁为开挖高度70多度的悬崖峭壁，从侧壁可以清楚的看到浅层滑体的形态。右岸坡体出露的地层岩性主要有辉绿斑岩夹轻变质的含长蛇纹岩和石英二长岩。
（三）地质构造
与右岸边坡有关的地质构造有：
1、断层
F77断层，产状N100～200E/N550～750W,宽0.15～0.3m，断层充填角砾岩、摩棱岩和断层泥。断层面波状弯曲，光滑，局部平直，它控制滑坡的后缘。
2、裂隙
受断层的作用和影响，本区裂隙十分发育，多为一些原生节理的进一步发展，一般裂隙宽0.5～5cm，个别达10～20cm，填充物为岩屑、岩粉和岩石碎块，泥钙质胶结差，局部充填物有石英脉和方解石。裂隙性质以剪裂隙为主。N200E/N300~500W的裂隙，裂隙发育，贯通性较好，是滑坡浅层滑动面的依附面；N200W/S300~370W裂隙，较发育，但多闭合，延伸不长且不连续，它是中、深层（浅层以下）滑体滑动面的依附面；N700W/N230E的裂隙，虽倾向坡内，但其与以上两裂隙面的组合将岩体切割，造成边坡松弛和局部失稳。
（四）地震
滑坡区地震基本烈度为Ⅷ度。
（一）定性分析
1、本边坡地层岩性在1860m以上主要为辉绿斑岩，条带状或不规则状间杂含长蛇纹岩。由于含长蛇纹岩岩性较弱，易风化，遇水易软化，又阻水性较好，因而它的存在为滑动面的孕育奠定了基础。
2、F77断层和N200E/N300~500W、N200W/S300~370W、N700W/N230裂隙面的存在和组合，致使边坡裂隙发育，岩体破碎，为滑坡的形成提供了后缘和滑动面的依附面，是滑坡形成的不良地基基础。
3、受人为因素的边坡开挖爆破影响，岩体中原有裂隙张开和已张开裂隙面增大，裂隙面抗剪强度降低，从而破坏了岩体原有的结构和平衡，致使边坡稳定性降低，又北侧开挖面的形成为不稳定体的滑动提供了临空面，故而导致该边坡局部失稳。在北侧壁可以清楚地看到较为明显的滑动面（浅层），边坡后缘已经开裂，滑动面整体上已经贯通，由此可以判断，该边坡浅层断面已处于局部失稳状态。
4、工程全部竣工水电站投入正常运行后，水库将蓄水至1920m，届时边坡将全部位于水下，一方面遇水易软化的长蛇纹岩和断层、裂隙内的填充物在水的作用下，遇水软化，强度降低，下滑力增大；另一方面，贯通裂隙面以上滑坡体受扬压力（浮托力）作用，抗滑力减小，从而大大降低滑坡的稳定性而导致其下滑。
5、在非常运行期，水位由1920m骤降至1860m时，一方面由于滑体含水量增加而下滑力增大，另一方面滑体内水需向外排放而存在一定的动水压力，故在这种情况下，滑体的稳定性更低，为最不利工况。
6、本地区地震烈度为Ⅷ度，属高地震烈度区，因而在有地震组合作用时，边坡的稳定性会大幅度降低，特别是在水库正常运行期，若遇地震，则必然导致滑体下滑。
根据以上地质条件和作用因素综合分析，右岸边坡处于不稳定状态，蓄水后稳定性将会进一步降低。
（二）力学计算法定量分析
为从不同角度进一步评价右岸边坡的稳定性，在右岸边坡选取典型滑面分不同工况计算其稳定系数，以确定边坡在不同工况下的稳定程度。为说明问题，仅对浅层滑坡体进行计算。
1、计算工况及滑面力学指标的确定
按照施工期、正常运行期、非常运行期的正常荷载组合和非正常荷载组合，计算工况为天然工况（施工期荷载组合，因设备较少并要求干钻，对边坡稳定性的影响可以忽略不计），天然十地震、正常运行水位（1920m）、正常运行水位十地震、非常运行水位（1860m）（又分为考虑动水压力和不考虑动水压力两种情况）。
滑面力学指标为：
贯通裂隙面：摩擦系数，水上f＝0.55～0.60，水下f＝0.35，凝聚力c＝0.3。
岩体容重：干容重取2.73t/m3 ； 饱和容重取2.77 t/m3；浮容重取1.73 t/m3。
2、滑坡稳定性系数计算
采用折线传递系数法计算，计算时取滑体单位宽度1m，计算结果见表1。
表1 浅层滑坡体稳定性系数表
由表1可以看出，浅层滑坡体在正常运行期间、非正常运行期间及非常荷载组合工况下均失稳下滑，因而必须采取措施进行治理。
结合现场实际情况及工程实施的可行性，并经计算综合考虑，按以下工程措施进行边坡治理。
（一）预应力锚索地梁
在浅层滑坡前部按平行滑坡体前缘滑坡面每隔2.5米做一根预应力锚索地梁，地梁截面尺寸为0.55m×0.70m，地梁采用C30F250砼浇筑，地梁嵌入坡面内0.4m，外露0.3m。每根地梁沿垂直高度每隔2.5m施加一孔预应力锚索，锚索锚固段长度为7m。锚索锚筋采用10Φ15.2的高强度低松弛无粘结预应力钢绞线制作。
（二）预应力锚索墩
1、在地梁顶以上坡面沿垂直高度每隔2.5m设一孔预应力锚索，反力装量采用C30F250钢筋砼锚墩，锚墩尺寸为0.8m×0.8m×0. 45m，锚索锚固段长度为6m，锚筋采用9Φ15.2的高强度低松弛无粘结预应力钢绞线制作。
2、在右岸边坡北侧壁趾板上，沿开挖坡面垂直高度每隔2.5m做一排预应力锚索，反力装量采用C30F250钢筋砼锚墩，锚墩尺寸为0.8m×0.8m×0.45m。每排外侧第一孔锚索水平方向距开挖坡面线2.8m，其余水平间距均为4.2m。为保证锚索张拉前锚墩的稳定与安全，每个锚墩用2根Φ18连接锚杆固定，单根锚杆长1.5m，孔径Φ90，灌浆材料采用M30水泥砂浆。
（三）系统锚杆及钢钎维砼
右岸边坡北侧趾板以上开挖坡面，裂隙发育，岩体破碎，为让锚索施工安全，沿开挖坡面垂直高度每隔2.5m做一排Φ18系统锚杆，锚杆长2.5m，孔径Φ90，倾角150，采用M30水泥砂浆注浆。
系统锚杆施工后，沿整个坡面喷射一层厚5cm的钢钎维C20砼，以防锚墩开挖时坡面岩体掉落.
（四）裂隙灌浆
为减少库水沿后缘裂隙进入，对后缘裂隙及F77断层采用水泥砂浆或纯水泥浆灌注充填。
四、加固后边坡稳定性计算
边坡加固后，选取浅层典型滑坡断面进行验算，考虑到滑动面裂隙为水泥浆填充，滑面力学指标应提高，计算时Φ值按提高20考虑，即取天然情况水上Φ＝32.960，水下Φ＝21.290，c＝0对各工况进行验算，同时对Φ值不提高也进行校核，具体计算结果见表2。
表2浅层滑坡体稳定性系数表
由表2可以看出，正常运行期正常荷载组合情况下，边坡稳定系数为1.80（Φ值不提高也达到1.71），非常运行期和有非常荷载组合情况下稳定系数最小为1.22，均满足稳定性要求（设计要求边坡加固后运行期稳定安全系数≥1.6，非常运行期和运行期非常荷载组合时稳定安全系数≥1.17）。
五、结语
西流水水电站右岸边坡采取工程措施治理后，2003年12月大坝蓄水至正常蓄水位1920m。截至目前，监测设施测出的数据表明，右岸边坡未发生滑移现象，一直处于稳定状态，从而保证了水库大坝的安全。