大型堆积体地基稳定性分析

山区河谷堆积体(覆盖层)往往具有结构松散，层次不连续的性质，物质组成在水平和垂直两个方向上均有较大变化，物理力学性质呈现较大的不均匀性；加之成因类型复杂，有河流相的、洪积的、冰积的、堰塞的，并混有崩积、泥石流堆积等，往往构成复杂软基条件。常给工程建设带来困难。

河谷深厚堆积体(覆盖层)上修建工程时，主要存在以下工程地质问题：抗滑稳定问题、承载和变形稳定问题、渗漏和渗透稳定问题及砂土液化与软土震陷等问题。下面以金沙江其宗水电站为例就深厚覆盖层(堆积体)坝基稳定问题进行分析评价。

金沙江其宗水电站位于云南省迪庆藏族自治州与丽江市交界的金沙江河段上，为金沙江中游河段比选的龙头水库。坝址河谷内覆盖层厚度一般60～90m，最厚达120余米，成分复杂(包括冲积、洪积、泥石流堆积和崩积等成因)，根据成因及物质组成可分为3大层5小层，见图3.9。保留覆盖层作为地基存在抗滑稳定问题、变形稳定问题、渗透稳定问题及砂土液化稳定等问题。

1.抗滑稳定性

坝基覆盖层以粗颗粒的卵砾石层为主，组织结构较密实，坝基不存在沿略倾下游的基岩面产生滑动破坏的可能性；覆盖层中虽分布有粉细砂层，但其在纵横空间上分布不连续。中部的②-2层在顺河方向上虽有一定的连续性，但未贯穿整个坝基，且埋深较大，其上分布有较厚的③-1卵砾石层，沿其产生深层滑动的可能性较小。②-2粉细砂层虽未贯穿整个坝基，但亦有一定的连续性及延伸范围，在堆石体的重载下，存在坝基范围或坝体上下游有产生折线型剪切破坏的可能。由于②-2在坝体上游侧分布厚度相对较大，其埋深相对较浅，且在坝脚上游附近局部与③-2层直接接触，粉砂层总厚度约60m，在该部位产生剪破坏的可能性相对较大。另外，在上、下游坝脚处应力差较大，有产生倾覆及蠕变破坏的可能性。

2.变形稳定性

坝址河谷内覆盖层厚度大、成分复杂，各层之间力学指标差异较大，其中：①层、②-1层和③-1层以漂(块)、卵(碎)、砾石为主，变形模量及承载力较高，属低压缩层；虽然勘探资料显示没有发现稳定的黏性土夹层，但存在厚度2～22.49m不等的②-2、③-2砂层透镜体，以粉细砂及粉土为主，变形模量及承载力较低，属中等压缩性土层，对坝基沉降变形影响较大。初步分析覆盖层存在不均匀沉降变形问题。另从②-2粉砂层在覆盖层中的空间分布特征看，由于②-2在坝体上游侧分布厚度相对较大，其埋深相对较浅，且在坝脚上游附近局部与③-2层直接接触，粉砂层总厚度约60m，在近300m高堆石体的重压下产生压缩挤出变形可能性较大。

3.渗透稳定性

根据坝基覆盖层物理力学性及颗分试验成果，使用《水力发电工程地质勘察规范》(GB 50287—2006)中土体的渗透变形型式判别方法对坝基各土层进行渗透变形型式判别。判别结果见表7.9。对于③-2、②-2及②-1层，渗透破坏形式为流土。对的③-1和①层，渗透破坏形式为管涌。

表7.9　坝址覆盖层渗透变形型式

注 Pc为土中小于df细粒含量，以质量百分率计，%；n为土的孔隙率；df为粗细粒区分粒径，mm。(www.xing528.com)

各岩组的临界坡降Jcr计算成果见表7.10。

表7.10　各岩组的临界坡降Jcr计算成果表

根据规范，对水工建筑物取2.0的安全系数，用临界坡降除以安全系数，其值即为允许坡降，见表7.11。

表7.11　各岩组的允许坡降Jkp表

综上所述，其宗水电站河床覆盖层坝基土中③-1层和①层具备发生管涌的条件，③-2层、②-2层和②-1层具备发生流土的条件，而且各层之间还具备存在接触冲刷和接触流失的可能，渗透变形问题比较严重。

4.砂土液化判别

无论从地层年代相对新老关系还是砂层的绝对测年，均表明②-2砂层形成于晚更新世，为不液化砂层。通过5mm颗粒含量和黏粒含量判别，22m以下砂层黏粒含量大于16%，可判定该层在Ⅷ度烈度下不液化；35m以下砂层中的黏粒含量为64%，远大于20%，可判定该层不液化。根据有关规范规定，当N63.5＜Ncr时可判定为液化土。Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值，由颗分成果和不同地震烈度下液化判别标准贯入锤击数基准值(N0)确定；N63.5为重型动力触探实测锤击数。按规范要求，主要考虑埋深在20m以内砂层液化问题。

经过初判、复判及综合分析认为，坝基覆盖层中夹有②-2和③-2两大层砂层透镜体，其中②-2为晚更新世晚期产物，根据规范可判定为不液化砂层；③-2为全新世现代河流堆积物，埋深在39m以内，发生地震液化的可能较大，埋深在20m以内的砂层在Ⅶ度地震基本烈度条件下有产生液化的可能，在Ⅷ度及以上地震设防烈度条件下将产生液化。

综合分析，其宗水电站上、下坝址部位的河床覆盖层，初步判断经必要的工程处理后，可作为高当地材料坝坝壳的地基。其间分布有中细砂、粉砂及黏土夹层，在坝基部位其厚度一般不大(一般为0.5～5.0m)，但对坝体的变形、滑移、抗震(含可液化夹层)及渗透稳定不利，需进行必要的工程加固和处理。因上部的冲积层透水性强，为强透水性，下部的湖积混杂堆积也多属强-中等透水性，加之砂卵砾石层的渗透破坏形式一般为管涌，允许水力坡度低。因此，坝基的渗漏及渗透稳定问题突出。