水口边坡施工期稳定分析及加固优化探讨

小湾拱坝右岸坝前电站进水口开挖边坡陡立，附近有f1、f2、f3、f5、f6等Ⅳ级断层和多组节理发育，彼此切割形成可能滑动的块体单元或块体单元组合（图2-8-46），主要结构面的几何参数见表2-8-16。根据电站进水口开挖边坡的地质条件，设计单位先后提出抗滑桩、预应力锚索、预应力锚杆、系统锚杆和挂网喷混凝土等多种支护措施对其进行加固处理。为配合设计，采用块体单元法对各种支护方案下的边坡整体稳定性和局部稳定性进行分析，并在此基础上优化边坡支护措施，以确保右岸坝前边坡的安全和稳定。

表2-8-16　主要结构面的几何参数

图2-8-46　结构面位置图

一、计算条件

1.计算模型

计算模型沿电站进水口水流方向（N50°E）取200m，垂直水流方向取160m，底板高程1100.00m，坐标原点（12000，36000，0），图2-8-47是计算模型平面图。

共形成块体单元组合35个。首先验算各块体单元组合的稳定安全系数，从中选出稳定性较差和比较典型的与SN向陡倾节理J1、f89-1有关的组合进行进一步计算。表2-8-17中列出了这些组合，图2-8-48和图2-8-49表示了其中组合f3—J1 f5的平面位置和空间形态。

表2-8-17　块体单元组合

续表

图2-8-47　计算模型平面图

2.计算参数（略）

3.计算方案

根据工程的进展，可大体划分为三个研究阶段：

图2-8-48　块体单元组合f3—J1　f5平面位置图

第一研究阶段始于2002年11月，止于2003年3月。主要针对当时的设计开挖体形，分析f3、f89-6与f2、f5、f6及f891、SN向陡倾角节理所形成的组合块体单元在全部采用预应力锚索支护后的稳定性，并对锚索的倾角、结构面的摩擦角、f3的倾向、地下水位等进行了敏感性分析。

经过计算比较，选择基本加固方案如下：锚索方位为沿电站进水口水流方向，即S50°W，倾角为-10°；区域①布置锚索400MN；区域②布置锚索200MN；区域③布置锚索200MN；区域④布置锚索200MN；区域⑤布置锚索150MN；区域⑥布置锚索100MN；区域⑦布置锚索100MN。总锚固力为1350MN，布置范围见图2-8-50。

第二研究阶段始于2003年4月，(www.xing528.com)

图2-8-49　块体单元组合f3-J1　f5轴测图

图2-8-50　预应力锚索布置范围

图2-8-51　抗剪洞平面布置图

止于2003年6月。当时，设计部门在综合考虑电站进水口边坡的地质情况和施工条件后，提出预应力锚索结合f3断层抗剪洞加固的方案。由于新方案中的边坡开挖体形有较大的变化，因此必须重新校核各块体单元组合的稳定性，并针对f3断层的发育范围进行敏感性分析。

f3断层抗剪洞加固方案如图2-8-51所示，抗剪洞的强度参数按C35混凝土取值。

根据计算结果，选用3000k N级锚索，间距5m×4m（平距×高差），锚索均穿过f3断层。各区域布置的锚固力大小为：区域①布置279MN；区域②布置21MN；区域③布置198MN；区域④布置81MN；区域⑤布置51MN。总锚固力为630MN，全部布置在高程1245.00m以下，如图2-8-52所示。

图2-8-52　预应力锚索布置范围

第三研究阶段始于2003年7月，止于2003年12月。根据设计部门的最新地质勘探资料，部分结构面产状和参数有所改变，需要重新校核边坡的稳定性，并进行f3断层和SN向陡倾节理J1的倾角敏感性分析。最后，根据当时现场开挖揭示的f3出露实际情况，补充计算块体单元f3-f89-1 f5的安全系数及加固力。

二、主要结论

通过三个阶段的研究，达到了对电站进水口正面边坡加固优化的目的，并且对该边坡得到以下认识：

（1）电站进水口正面边坡的控制工况是施工工况。

（2）在当前地质条件和计算参数下，设计部门提出的加固方案合理，能够保证电站进水口正面边坡在施工和运行期的稳定性。

（3）锚索倾角的变化对块体单元组合的安全系数影响不大。锚索倾角变缓5°，安全系数增大0.02～0.05。

（4）摩擦角的变化对块体单元组合的安全系数影响比较大。在地下水为1/4滑块高度时，摩擦角增加2°，安全系数增加0.08左右。

（5）f3倾向的变化对块体单元组合的安全系数影响很大。f3倾向减小，安全系数增加。f3倾向从15°变化到10°时，部分块体单元组合的滑动方式由单面滑动变化为双面滑动。

（6）地下水对边坡稳定的影响很大。必须加强排水措施，尽量降低边坡中的地下水位，以确保施工期边坡的稳定性。

（7）SN向陡倾节理的发育情况对边坡稳定的影响很大。

（8）f3断层的发育范围对边坡加固方案的设计起控制作用。

（9）在边坡设计中充分考虑各种可能的不利因素，在施工过程中密切关注f3断层的性状变化，在条件允许的情况下，可以适当进行补充地质勘探。