石刚
上海勘测设计研究院有限公司 上海市 200434
摘要：擦本文针对某水电站近坝堆积体，基于GEO-slope软件采用Morgenstern-Price法对堆积体的稳定性进行了分析，对堆积体进行加固处理，同时进一步计算了加固治理后堆积体的稳定性，对加固方案进行了评价，最后对全文进行总结。
关键词：边坡稳定；滑坡涌浪；GEO-slope软件；加固措施
1 引言
近年来，我国大力发展水利水电工程，在我国西南峡谷地区修建了一大批大中型水利水电工程，工程建设中不可避免地会遇到越来越多的堆积体，使这些水利水电工程直接或间接地受到高速滑坡的威胁[[[] 徐青.水利水电工程滑坡稳定性研究及灾害评价[D].南京:河海大学.2005.]]。堆积体在重力作用下会产生一个下滑力，受到雨水冲刷、地下水活动或是地震作用后，边坡可能会失稳，导致边坡岩体缓慢向下移动，若岩土体与地基之间的抗滑力低于自身下滑力，边坡便会失稳，从而产生滑坡[[[] 郭崇元.超大型滑坡及其速度计算(第三集)[M].北京:中国铁道出版社,1982.]]。
堆积体失稳产生滑坡是一个复杂的动力学过程，其运动从量变到质变，量变是小变形过程，而质变发生后的堆积体运动、最后破坏则是大变形过程[[[] 黄润秋.岩石高边坡的时效变形分析及其工程地质意义[J],工程地质学报,2000,8(2):201-206.]]。近年来，陈红旗、黄润秋等学者采用堆积体空间体积效应成果分析堆积体的失稳机制，为了剖析堆积体内部结构、形态、演化等空间要素，采用数值模拟和模型试验等方法，再通过与实际工程案例比较分析来得出结论，他们的研究提出惯性聚集的概念，包括堆积体失稳空间特征以及剩余下滑力扩散的控制途径[[[] 陈红旗,黄润秋,林峰.大型堆积体边坡的空间工程效应研究[J].岩土工程报,2005,27(3):323-328.]]。关于堆积体的边坡防治措施，王启国针对汉江孤山航电枢纽项目区内三处滑坡，总结了抛石压脚、抗滑桩、排水等工程措施[[[] 王启国. 汉江孤山航电枢纽工程区近坝滑坡稳定性分析及防治工程建议[J]. 中国地质灾害与防治学报,2019,30(1):42-51.]]。
2 水电站近坝堆积体基本情况
电站工程位于金沙江上游，工程区左侧为四川省甘孜藏族自治州得荣县，右侧为云南省迪庆藏族自治州德钦县。定曲河为金沙江一级支流，全长222km，总流域面积约12000km2，年平均流量约为160m3/s。河床布置混凝土重力坝，采用坝身泄洪，河床坝段布置3个表孔和2个底孔。中坝址重力坝方案枢纽布置格局为：拦河坝采用碾压混凝土重力坝，采用坝身泄洪，输水发电系统布置于右岸，枢纽布置图见图1。
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图1 某水电站枢纽布置图
选坝河段金沙江两岸无大型滑坡体发育，分布的各类堆积体主要有11处，其中，R1-2堆积体总体积约为530万 m3，总体地形较缓，自然条件下未见明显变形破坏现象，稳定性较好，预测水库蓄水后整体稳定，局部可能产生变形或塌滑，需要进行稳定性分析。
3 堆积体稳定计算及处理措施研究
3.1 Geo-slope软件介绍
本次对堆积体的边坡稳定研究采用的是GeoStudio软件中的GEO-slope模块，它是一套专业、高效而且功能强大的边坡稳定性分析软件。该软件计算原理是极限平衡法，使用slope软件可以得到包括Fellenious、Bishop、Janbu、Morgenstern-Price等四种方法的计算结果。
3.2 稳定计算方法
本文中所研究对象属于无保护措施的自然边坡，综合考虑堆积体地理位置和边界条件，对堆积体做稳定分析研究采用Morgenstern-Price法进行计算。Morgenstern-Price法是条分法的一种，它是一种适用于任意形状滑裂面的计算方法，以重力作为边坡破坏的主要驱动力，迭加了地震、地下水和人类活动的影响，采用了mohe—columb强度准则来计算底滑面上的剪力，计算中可以通过满足力平衡、也可以满足力矩平衡来得到边坡的安全系数，此法给出了条间合力的作用位置，通过改变条间合力的作用方向以求得最佳解。
3.3 R1-2堆积体稳定计算
R1-2堆积体前沿高程约2070m、后沿最大高程2400m，堆积体总体地形微呈凹槽状，中部（高程2170m～2220m）地形相对较缓、坡度为20°左右，上部和下部地形坡度在30°左右，总方量约530万m3，距下游中坝址2.5km，由块碎石土组成，自然条件下未见明显变形破坏现象，稳定性较好，预测水库蓄水后整体稳定，局部可能产生变形或塌滑。R1-2堆积体平面分布见图2，R1-2堆积体稳定分析典型剖面地质图见图3。
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图3 R1-2堆积体Ⅰ-Ⅰ剖面地质剖面图
采用GEO-slope软件对R1-2堆积体进行稳定分析计算，稳定计算分析成果见表1。R1-2堆积体Ⅰ-Ⅰ剖面沿内部潜在最危险滑动面位置见图4，沿基覆接触面整体滑动见图5。
表1 R1-2堆积体稳定分析计算成果表
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注：滑动模式一为堆积体内部潜在最危险滑动模式；滑动模式二为沿基覆接触面滑动的整体滑动模式。
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图5 R1-2堆积体沿基覆接触面处滑带整体滑动模式图
以上分析计算结果表明：R1-2堆积体在天然工况、正常蓄水位及地震工况安全系数偏低，均不满足规范要求，可能会出现内部滑动。堆积体R1-2距离中坝址较近，边坡失稳将影响枢纽建筑物安全，因此需对R1-2堆积体进行加固处理。
3.4 R1-2堆积体加固措施及效果评价
（1）防治原则
在正确认识滑坡的基础上，总体上应以“预防为主、避让与治理相结合”为原则。治理应全面规划分期治理，先做应急过程再做永久治理工程。根据堆积体的性质特征，在满足技术经济可行合理的前提下，采取科学有效的综合防治措施，能避让的要尽量避让，对可能诱发或加剧堆积体地质灾害的人为因素加以有效控制；不能避让的要进行有效的防治，选定合理的安全控制标准，制定针对性预防措施。在边坡治理过程中，尽可能把大坝工程的施工道路和边坡治理的施工场地结合起来，减少对边坡的扰动，并根据施工道路、边坡治理的空间、时间关系有序安排。防治工程结束后，应注意随时维修和保养，使其处于良好的工作状态，能够稳定长久的运行下去。
（2）防治措施
边坡治理工程措施较多，同样可选择的措施组合也较多。在工程措施选择时，要充分考虑到工程岩土体自身特点以及工程区周围现场情况，选择技术上可行、经济合理的最佳方案。
R1-2堆积体边坡具有覆盖层深厚、分布高程高且坡形陡峭的特点，局部、整体滑动层次多样，抗滑桩作为加固堆积物滑坡体的一种有效措施，与其它抗滑工程措施如抗滑挡墙相比，在深厚覆盖层的堆积体上，有以下优点：抗滑能力强，支挡效果好，一根抗滑桩往往能承担数千甚至上万千牛的滑坡推力；抗滑桩坑截面较小，对滑体稳定性扰动小，施工简单安全；根据工程需要，抗滑桩可设于滑坡的前缘、中部或者后缘，设桩位置灵活；能够立刻增加滑坡的抗滑力，同时也可以作为勘探井来验证滑面位置，便于调整。
对R1-2堆积体进行抗滑加固措施拟采用抗滑桩，但经验算只采用抗滑桩需要四排抗滑桩，成本过大，所以拟采用抗滑桩与上部削坡减载相结合的方式对R1-2堆积体进行加固，并配合地表排水等综合措施。
根据R1-2堆积体的实际情况，拟在堆积体前缘高程2190m和2210m处设置两排钢筋混凝土抗滑桩，抗滑桩间距为6m，深度为40m左右，剪力安全系数为1，提供3500kN/m的抗滑力，布置方向与边坡滑动方向垂直或接近垂直，断面尺寸3m×5m（宽×高），桩身混凝土采用C35普通混凝土，水泥宜采用普通硅酸盐水泥，可根据施工时变形体变形速率，适当添加早强剂，纵向受拉钢筋采用Ⅱ级带肋钢筋，钢筋笼的混凝土保护层设为50mm。根据R1-2堆积体的坡面形状以及地形地理位置，拟上部削坡35万m3，减重形成的坡面设有相应的排水措施和必要的防护措施。
采用GEO-slope软件对进行加固处理过后的R1-2堆积体进行稳定分析计算， 稳定计算分析成果见表2。
表2 R1-2堆积体治理后边坡稳定分析计算成果表
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注：滑动模式一为堆积体内部潜在最危险滑动模式；滑动模式二为沿基覆接触面滑动的整体滑动模式。
由以上分析结果表明，经过处理后的R1-2堆积体在各个工况下的稳定安全系数均达到规范要求，对R1-2堆积体采用抗滑桩与削坡减载相结合并配合地表排水的处理措施是安全有效的，可以提高堆积体稳定性，避免滑坡的发生。
4 小结
本文通过地质勘探与现场调查，分析了某水电站近坝堆积体基本情况，利用GEO-slope软件建立边坡模型，采用Morgenstern-Price法对堆积体进行各种工况下的刚体极限平衡分析，研究各个工况下堆积体的变形稳定情况，计算结果显示R1-2堆积体存在产生滑坡的可能性。根据堆积体的稳定计算结果以及堆积体规模及与坝体的相对位置，综合考虑经济、安全等因素，对堆积体采取上部削坡减载并结合两排抗滑桩的处理措施，加固后的堆积体稳定性在各个工况下均达到规范要求。
参考文献