深切河谷锦屏高边坡稳定性及监测反馈分析

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1、深切河谷锦屏高边坡稳定性及监测反馈分析中国水电顾问集团成都勘测设计研究院周钟摘要：在中国西南地区开发水电过程中，由于河谷深切与高地应力的原因，高边坡稳定问题十分突出，如锦屏一级水电站高边坡问题就是非常典型的例子。本文在总结了大量工程实例的基础上，对深切河谷高边坡的坡体结构进行了详细的研究，并对坡体结构进行了科学的分类。对锦屏一级水电站左岸边坡中发育的深部裂缝的形成机理进行了数值模拟，在计算的基础上讨论了深部裂缝对边坡稳定的影响。基于理论推导，提出了改进的边坡稳定极限分析sarma法与三维多重网格的极限平

2、衡法，并通过工程实例验证了方法的可行性与适用性，为深切河谷高地应力区边坡稳定分析提供了更为合理的分析方法。在对锦屏一级水电站边坡稳定综合分析的基础上，提出了科学合理的高边坡支护设计方案，并对支护后的高边坡进行了稳定性计算，以及监测反馈分析，验证了所设计的高边坡支护方案是合理可靠的。最后，文章简要介绍了锦屏一级水电站左坝肩边坡的监测反馈分析研究成果。关键词：深切河谷坡体结构岩石高边坡极限平衡分析方法支护设计监测反馈分析1引言锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流中下游水电开

3、发规划的“控制性”水库梯级。拦河大坝为混凝土双曲拱坝，坝高305.0m，正常蓄水位以下库容77.6亿m3。电站装机容量3600MW，多年平均年发电量166.2亿kW·h。锦屏一级水电站枢纽区位于普斯罗沟与手爬沟间长约1.5km的河段上，枢纽区为典型的深切“V”型峡谷，相对高差1500～1700m。左岸为反向坡，右岸为顺向坡。谷坡两岸基岩裸露，主要由中上三叠统杂谷脑组第二段(T2-3Z2)大理岩和第三段(T3-2Z3)变质砂岩、粉砂质板岩组成，另外还可见少量后期侵入的煌斑岩脉。枢纽区为高地应力区，卸荷带以

4、里地应力集中现象明显[1]。枢纽区断层较发育，其中以NE～NNE向最为发育，且断层规模较大，如左岸f5、f8、f2断层及煌斑岩脉，右岸f13、f14断层等，而近EW向断层也有一定发育，如左岸坝头f42-9、右岸猴子坡f7及斜穿坝基的f18断层等，规模相对较大。左岸“深部裂缝”是锦屏一级电站的特殊地质现象。对深部裂缝产状进行统计分析表明，其优势方向有两组：①N40～70°E，SE∠50～75°；②N0～30°E，SE∠50～65°。另外枢纽区还发育有其他几组优势节理裂隙。2深切河谷高边坡的坡体结构研究峡谷

5、地区高边坡的稳定性及其失稳破坏模式与其坡体所在的地质条件密切相关，坡体的内在特征决定于坡体内结构面、岩性与临空面的相互关系，以及边坡岩体的浅表生改造和地应力特征。边坡的坡体结构要素包括：工程地质岩组、地质构造形迹、岩体浅表生改造形迹、自然营力作用结果、地下水发育状况、临空面特性等。“水电边坡工程设计规范”采用边坡结构的概念来描述边坡的结构特征。规范对边坡结构并没有做明确的定义，将“边坡结构模型”定义为：表示边坡组成物质和断裂结构面与滑动面分布位置的经过抽象概化的模型。162.1坡体结构与岩体结构边坡的坡

6、体结构是指坡体内部各种结构要素的组合。坡体结构既具有边坡所在岩土体的岩体结构特征，同时由于浅表生改造作用又具备其特殊的工程地质性质。岩体结构是结构面在岩体中的空间分布，组合规律及其所致的岩体被切割的状态。岩体结构的浅表生改造是挽近期来的地貌演化过程，是浅生改造和表生改造的合称，前者系指区域性剥蚀卸荷对近地表岩体应力场和结构场的改造，其所形成的变形破裂形迹，称为浅生结构；而河谷深切卸荷对近地表岩体应力场和结构场的改造称为表生改造，其所形成的变形破裂形迹，称为表生结构。经历浅表生改造后的坡体与原岩体结构已很

7、不相同。另外，还体现在四个方面，其一是溜坍、崩塌等作用在坡体表面形成不同厚度的堆积体，如图2-1（a）所示；其二是因地应力释放而在坡体内形成不同的地应力释放区，如图2-1（b）所示；其三是降雨、风化等自然营力的联合作用在坡体浅层形成破碎岩体，并且存在一些裂缝，如图2－1（c）所示；其四是风化作用在岩体浅层形成风化岩层，特别是对于易风化岩体更是如此，如图2－1（d）所示。这些特征都是坡体深部岩体所不具备的。由此可见，坡体结构与岩体结构既有联系又有差别。(a)坡体浅层堆积了粘土、碎块石土(b)坡体浅层的应力

8、释放区(c)有裂缝的浅层碎裂岩体(d)坡体浅层的强-中风化花岗岩图2-1边坡坡体结构特征2.2坡体结构的建立方法建立坡体结构需要考虑三个主要方面的问题，即边坡所在岩体的浅表生改造特征、自然营力对坡体浅层的作用程度和影响范围、坡体地质力学模型涉及的范围。首先是进行研究区的工程地质调查和地质勘察资料分析。其次是重点分析边坡岩体结构特征。坡体中的岩体结构及其与临空面的相互关系，是边坡稳定性分析中需要考虑的首要因素，也是坡体结构建立中需要重点分析的