水电站拱坝坝肩抗滑稳定分析

摘要:双江水电站拱坝建于板岩地区，坝址区地层古老，经历多次的地质构造运动，岩体断裂，节理裂隙发育，岩体风化强烈，地质情况十分复杂，其坝肩抗滑稳定同样是一个比较复杂的问题。文章主要介绍复杂地质条件下拱坝基础采取的工程处理措施，采用刚体极限平衡法计算坝肩稳定，就双江水电站大坝坝肩抗滑稳定性进行分析。

关键词:双江水电站;拱坝;基础处理;坝肩抗滑稳定;分析

引言

经开挖揭露，双江水电站大坝坝基肩主要发育断层11条，较大节理裂隙9条，主要软弱夹层18层，坝肩受断层影响，岩体破碎，局部呈强风化状态。右坝肩发育对抗滑稳定极不利结构面有F39、F40断层。施工中经采取一系列工程措施对地质缺陷进行了处理后，工程蓄水运行20a至今，期间经历了漫坝洪水考验，大坝仍运行正常，表明基础处理是有利的，是成功的。文章结合原设计资料、坝址区工程地质条件及建设过程中基础处理措施等，对拱坝坝肩抗滑稳定滑移模式进行分析选取，复核坝肩稳定计算参数，分析计算坝肩抗滑稳定安全系数，对大坝坝肩稳定作出了科学评价。

1工程概况

双江水电站位于贵州省东南部珠江流域柳江水系都柳江一级支流双江河上，坝址座落在黎平县双江乡境内，距双江乡政府驻地3.7km，距黎平县城区65km。坝址以上流域集水面积864km2。工程主要任务为发电，电站装机容量8800kW。工程分为一、二期工程实施，一期工程于1987年3月动工，1997年5月完工;2003年12月至2004年12月二期工程建成完工。水库总库容3798万m3，水库规模属中型，工程等别为Ⅲ等，大坝等主要建筑物级别为3级。工程枢纽由拦河大坝、溢洪道、泄洪兼冲沙放空底孔、引水系统、发电厂房等建筑物组成。大坝为150#埋石混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程288.80m，坝顶宽度3.6m，最大坝高65.8m，拱冠梁厚高比为0.228，坝顶弧长214.2m，最大中心角为92.4°。溢洪道布置于坝顶中部，堰顶高程280.00m，为带胸墙有闸控制，堰型为WES型实用堰。

2双江水电站拱坝坝肩抗滑稳定性分析

2.1基本地质条件

1)地形地貌及岩层产状。坝址位于双江河中下游河床较狭窄处，河流走向与岩层走向近垂直，两岸地形坡度45°－50°。坝址地层主要为下江群清水江组第三段第一层(Pt3q3－1)砂质绢云母板岩，为单斜构造，岩层产状为N40°E/SE∠16°－30°。2)坝肩断层、裂隙分布。坝基开挖后，左肩平均嵌深11m，右肩平均嵌深19m，河床嵌深5－6m。经开挖揭露，坝基肩主要发育断层11条，较大节理裂隙9条，主要软弱夹层18层，各结构面大部分在建基面处夹泥现象基本尖灭。左坝肩:有F7、F1断层和FJC4、FJC2、FJC20、FJC5铁锰夹层等结构面，在255.00－265.00m高程，受F23、F24、F25、F26和F27等断层影响，岩体破碎，局部呈强风化状态。右坝肩:从下至上有F2、F11断层和J4、J3、J2裂隙等结构面，在248.00－264.00m高程，受F3、F14、F15、F9和F10等断层影响，岩体破碎，局部呈强风化状态。对右坝肩抗滑稳定极不利结构面有F39、F40断层。F39断层:位于右坝肩下游，产状N87°E/NW∠84°，破碎带一般宽0.4－1.6m，夹泥严重，上游端与F10断层斜接，下游端延至河床。F40断层:产状N75°E/NW∠6°，在基坑与F2断层相交，高程248.00m;向下交F41断层，高程在251.00m，断层面光滑平直，具摩擦镜面，破碎带宽0.1m，影响带宽1－2m，延伸70m。

2.2坝肩抗滑稳定采取的处理措施

对左坝肩F7、F1、F26、F25断层和铁锰夹层及泥化夹层，河床F5断层;右坝肩F2、F15、F9、F10、F11断层和裂隙及铁锰夹层等仍有夹泥现象结构面，采用深挖回填混凝土处理。对左坝肩252.00－263.70m高程和264.00－270.00m高程，右坝肩249.00－264.00m高程，受断层和铁锰夹层及泥化夹层影响，岩体破碎，局部呈强风化状态的地带;受断层和铁锰夹层影响，采用深挖后建基面上铺装钢筋网并回填混凝土处理。大坝左坝段下游坝肩岩体对应拱端厚度5倍的范围内进行固结灌浆处理。灌浆孔深度为计算抗滑岩体底滑面以下5m，孔距3m，梅花形布置。大坝右坝段下游坝肩岩体对应拱端厚度五倍的范围内进行固结灌浆处理。灌浆孔深度为计算抗滑岩体底滑面以下5m，孔距3m，梅花形布置。并在孔底以上10m段内埋设Φ32螺纹钢筋。整个拱形基础设计布置五排固结灌浆孔，均匀分布。对右坝肩F39断层采取30MPa高压旋喷冲洗，常规灌浆处理。对右坝肩F40断层采取混凝土硐塞处理。在右坝肩下游侧高程248.00m、251.00m沿F40断层开挖两个抗剪平硐，含进口明挖段，中部采用长传力硐连接，布置为“工”字型。抗剪平硐断面尺寸为3m×3m，洞内回填钢筋混凝土，并作回填灌浆和接触灌浆。

2.3滑移模式选取及计算公式

结合工程实际，在计算中对地质结构面按如下原则考虑:1)坝基岩石缓倾，根据初设阶段平硐揭露，坝肩存在软弱夹层，与岩层产状一致，软弱夹层与层面构成坝肩岩体滑移的控制结构面，因此取软弱夹层和层面为底滑面。2)坝肩发育的几组陡倾角裂隙与岸坡斜交，对坝肩稳定不利，故以侧向切割的陡倾角裂隙面为侧滑面，以通过各拱端上游面的陡倾裂隙面为滑块上游拉脱面。若在拱端处岩体无裂隙面或裂隙面对抗滑无不利影响时，则可假定几组侧滑面，按岩体非结构面参数取用。①左坝肩:以岩层层面为底滑面，以N35°W陡倾角裂隙为侧滑面，以N70°W陡倾角裂隙及小断层为拉裂面，向下游临空面剪出的滑移破坏模式。左岸260.00m高程以上，裂隙连通率按60%计，f'=0.67，C'=0.38MPa;左岸260.00m高程以上，裂隙连通率按55%计，f'=0.70，C'=0.41MPa。底滑面参数f'=0.45、C'=0.1MPa。②右坝肩一:以岩层层面为底滑面，以N70°W陡倾角裂隙为侧滑面，以N35°陡倾角裂隙及小断层为拉裂面，向下游临空面剪出滑移破坏模式。右岸260.00m高程以上，裂隙连通率按60%计，f'=0.59，C'=0.35MPa;右岸260.00m高程以上，裂隙连通率按55%计，f'=0.62，C'=0.38MPa。底滑面参数f'=0.45、C'=0.1MPa。③右坝肩二:以F40断层为底滑面，以N70°W陡倾角裂隙为侧滑面，以N35°陡倾角裂隙及小断层为拉裂面，向下游临空面剪出的滑移破坏模式。取底滑面参数(F40断层)f'=0.35、C'=0.05MPa，侧滑面参数(N70°W陡倾角裂隙)f'=0.59、C'=0.35MPa，加入有效抗剪力635.4t。④右坝肩三:以F39断层或岩层层面为底滑面，以拱端及与拱端下游面相接的F39断层为侧向滑裂面，向下游临空面剪出的滑移破坏模式。侧滑面拱端厚度段取混凝土与岩石抗剪断强度f'=1.0、C'=0.9MPa，F39断层取f'=0.45、C'=0.1MPa。3)侧滑面岩体结构考虑岩桥的作用。根据施工阶段槽探、硐探、钻孔等揭露的裂隙统计资料，强风化带连通率为43%－59%，弱风化带连通率为40%－45%。

2.4计算成果

拱坝坝肩稳定计算中，只计算了“正常+温降”、“校核+温升”和“过坝洪水位+温升”三种情况。经采用刚体极限平衡法分析计算，基本组合工况下，左坝肩分层抗滑稳定最小安全系数为3.34，右坝肩分层抗滑稳定最小安全系数为2.85，除右坝肩260.00m和240.00m高程安全系数小于规范要求外，其余各层抗滑稳定安全系数均满足规范要求;特殊组合工况下，左坝肩分层抗滑稳定最小安全系数为3.16，右坝肩分层抗滑稳定最小安全系数为2.45，除右坝肩260.00m高程安全系数小于规范要求外，其余各层抗滑稳定安全系数均满足规范要求。经按平面分层累计法核算，各种荷载组合工况下，右坝肩整体稳定满足要求。坝肩抗滑稳定满足规范要求。

3结语

双江水电站大坝基础地质条件复杂，节理裂隙、断层及软弱夹层发育，几组陡倾角裂隙与岸坡斜交，右坝肩又存在缓倾发育的断层，对坝肩稳定不利。经查阅有关资料，在大坝基础开挖中，两坝肩已基本平面分层核算，具体采用由潘家铮主编、黎展眉编著的《拱坝》坝头稳定分析一章中刚体极限平衡分析法公式进行计算，计算公式如下:开挖至弱风化－微风化岩体，局部处于强风化的岩体已采取混凝土置换等处理，并对坝基存在的地质缺陷进行了工程处理，特别是针对右坝肩F39、F40断层分别进行了高压旋喷冲洗和固结灌浆、抗剪平硐处理等，这些措施对于提高坝肩的整体性，增强拱座的抗滑稳定安全性是有利的。对两坝肩可能存在的滑动模式进行分析，特别针对右坝肩因F39、F40断层影响可能存在的滑动模式进行了分析，经复核计算，坝肩抗滑稳定满足规范要求。双江水电站大坝建于地质条件复杂的板岩地层，该坝的成功设计和基础地质缺陷处理为设计单位在板岩地区修筑高坝积累了宝贵的经验。

参考文献:

［1］潘家铮，黎展眉.拱坝［M］.北京:水利电力出版社，1982:12.

［2］苏卫强，吴志波，何力.复杂地质条件下拱坝坝肩抗滑稳定分析及处理研究［J］.水利水电技术，2015(03):61－64.

作者：余雷 单位：贵州省大坝安全监测中心