何 帅

（新疆水利电力建设总公司，乌鲁木齐 830000）

0 引言

在水利工程的建设过程中，边坡开挖势必将原有的边坡应力平衡状态打破，岩质边坡的应力也将因此重新分布。为了减少和避免滑坡灾害，应该预先对其稳定性进行研究，以便能及时对边坡进行安全可靠、经济合理的加固处理[1]。为此，许多学者对相关岩石边坡工程开展了研究：郑惠峰等[2]将块体单元法与极限分析上限法相结合，提出了岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法。基于一个岩质楔形体边坡算例和小湾水电站进水口边坡实例，通过将块体单元法上限分析计算结果与刚体极限平衡法相比较，验证了该方法的正确性。张社荣等[3]采用贝叶斯方法对断层带抗剪强度参数进行分析，以原工程采用的边坡稳定设计分析方法为基础，通过RSSAP程序研究了岩石边坡的可靠性。张文华[4]等采用ANSYS 有限元数值模拟软件建立了三维数值边坡模型，通过数值计算确定了边坡临界破坏时滑裂面的位置，基于此确定了小型抗滑桩的布设位置。还有许多学者[5～8]在岩质边坡稳定性方面做了卓越的研究，然而，对于岩质边坡而言，基于连续均匀理论的稳定计算是有所欠缺的。岩体的节理裂隙结构往往对岩质边坡的稳定起到了重要作用。当前在工程应用方面，采用楔形体稳定计算软件计算边坡稳定的应用较少。因此，本文采用楔形体稳定计算软件，计算分析了新疆某水利枢纽岩质边坡的楔形体稳定性和上覆破碎岩体的稳定性，并得出了相应的安全系数，根据计算结果提出了相应工程措施。

1 工程概况

新疆某输水工程位于天山北麓，根据泵站选址及该区地形条件，泵站开挖后将形成3处开挖边坡：1#、2#及3#边坡。泵站厂址处岩体断裂构造不发育，主要为小断层和裂隙，断裂走向与区域主要构造线基本一致，以NWW～NW向和NE向为主。

宏观分析判断认为：边坡开挖后，弱风化岩体部位边坡的整体稳定条件较好；上部强风化岩体因其完整性较差，且浅表层以较破碎～破碎岩体为主，则该部位边坡稳定性相对较差，故应对强风化岩体部位的边坡进行稳定性分析和评价。

2 计算方法

（1）楔形体稳定计算方法。采用赤平投影法搜索开挖边坡各马道平台部位可能构成的潜在不稳定块体，并采用规范推荐的楔体法对开挖边坡上的块体进行抗滑稳定计算，计算采用某楔形体计算软件进行。

（2）上部强风化岩体抗滑稳定计算方法。开挖边坡上部强风化岩体的抗滑稳定计算采用詹布法，并采用试算法推求最危险滑面和相应的安全系数，具体计算采用某詹布法计算程序进行。

3 计算工况及荷载

3.1 计算工况

工程边坡稳定性分析按持久设计工况、短暂设计工况和偶然设计工况3 种状况进行，其中持久和短暂设计工况采用基本组合，偶然设计工况采用偶然组合。计算工况、作用效应组合及相应工况见表1。

表1 边坡稳定分析计算工况及作用组合

3.2 荷载

（1）岩土体的自重作用。在地下水位以上时，岩土体的自重采用天然重度（26.0 kN/m3）；在地下水位以下时，则应根据具体采用的计算方法正确选择。在边界面上和计算的分条、分块面上以面力计算水压力时采用饱和重度（26.5 kN/m3）；以体力法计算水压力时采用浮重度，同时在滑面上扣除自坡外水位起算的静水压力；降雨情况下的非饱和岩、土体采用具一定含水量的重度。

（2）地下水作用。具体结合各部位边坡所处工程环境条件、在不同计算工况下的边坡地下水位变化情况等，按《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T5353-2006）规定考虑。在暴雨条件下，坡面少量入渗雨水只使坡体浅层的部分滑体饱水，不足以抬高坡体内的地下水位，也难以在潜在滑面处形成暂态孔隙水压力。即计算仅考虑降雨对坡体容重和滑面力学参数的影响，不计作用在滑面上的滞留孔隙水压力。具体稳定性计算时，坡体容重采用湿容重或饱和容重，滑面强度指标采用水下饱水参数。

（3）地震作用。泵站采用50年超越概率10%的工程场地的基岩峰值加速度0.167 g，地震作用考虑水平向地震惯性力，按拟静力法计算，水平向设计地震加速度代表值取0.167 g，考虑竖向设计地震加速度代表值取水平向设计地震加速度代表值的2/3，地震作用的效应折减系数取0.25，质点动态分布系数取1.0。

4 计算断面及模型

选取1#、2#、3#边坡进行楔形体稳定计算分析。首先根据边坡开挖形态及坡体结构特征，分别将1#、2#、3#边坡优势结构面、开挖面、岩层面绘制在赤平投影图中（见图1）。

图1 开挖边坡赤平投影分析图

（1）1#开挖边坡断层不发育，发育3组裂隙：①走向NE60°～80°，倾向SW或NE，倾角75°～82°；②走向NW300°～325°，倾向SW，倾角5°～35°；③走向NW300°～330°，倾向SW，倾角75°～81°。其中①组、②组裂隙较发育，③裂隙发育较少，多为硬性结构面。

（2）2#开挖边坡主要发育3 组长大裂隙：①走向近SN，倾向W，倾角15°；②走向近EW，近直立；③NE80°NW∠83°。

（3）3#开挖边坡，主要发育3组长大裂隙：①走向近NW330°～340°倾向SW∠30°～40°；②走向近

NW345°，SW∠20°～30°；③NE20°NW∠20°～25°。

由图1 可看出，1#边坡有一种楔形体组合为结构面②+结构面③，2#边坡有一种楔形体组合为结构面①+结构面③，3#边坡有一种楔形体组合为结构面②+结构面③。

假定最大楔形体不跨越一级坡，即最大楔形体高度控制在20 m 内，以开挖马道平台为坡顶面，顶宽度控制在2.0 m 以内，1#、2#、3#边坡部位楔形体组合情况及计算模型见图2。

图2 楔形体组合情况及计算模型图

对1#、2#、3#边坡进行强风化岩体抗滑稳定计算。通过滑弧面搜索及可能出现的底滑面进行敏感性分析，找出危险滑动面，计算其相应滑面的稳定安全系数。3#边坡为顺层边坡，同时对3#边坡按顺层滑动的模式进行计算。1#、2#、3#边坡上部强风化岩体稳定计算模型见图3。

图3 边坡风化岩体抗滑稳定计算剖面图

5 计算参数

根据边坡基本地质资料，各部位开挖边坡马道平台部位可能构成的楔形块体主要由裂隙（小断层）而成，属于Ⅳ～Ⅴ级结构面，裂隙结构面以硬性～岩块型为主，少量为岩屑夹泥型，个别小规模断层为泥夹岩屑型，Ⅳ级结构面多属局部充填岩屑、碎屑型硬性结构面，Ⅴ级结构面属硬性结构面，计算参数见表2。

表2 边坡松动体稳定计算参数

6 计算成果及分析

6.1 楔形体稳定计算结果

由于边坡位于泵站上侧，边坡失稳可能将造成泵站建筑物及其附属设备破坏或者功能完全丧失。根据《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T5353-2006）规定，本工程边坡安全级别为I 级。因此，持久工况下边坡稳定安全系数不小于1.30；短暂工况下边坡稳定安全系数不小于1.20；偶然工况下边坡稳定安全系数不小于1.10，以上安全系数均取上限值。

边坡楔形体稳定计算结果见表3。由计算结果可知，边坡组合楔形体在各计算工况下的稳定安全系数均大于1.30，满足设计安全标准要求，即泵站周开挖边坡马道平台部位由结构面切割组合而成的楔形块体在各工况下处于稳定状态。

表3 边坡楔形体稳定计算结果

6.2 上部强风化岩体抗滑稳定计算结果及分析

1#、2#、3#边坡上部强风化岩体在偶然计算工况下，采用搜索滑弧法及假定滑动面法边坡最危险滑面的计算结果见图4、图5。上部边坡各工况稳定安全系数计算结果见表4。

图4 偶然工况搜索滑弧计算结果

图5 假定滑动面偶然工况计算结果

表4 边坡上部强风化岩体稳定安全系数计算结果

表4 所列计算结果显示，计算选取1#、2#、3#边坡进行滑弧面搜索及可能出现的底滑面进行敏感性分析，其在各计算工况下的稳定安全系数均大于1.30，满足规范安全标准要求。由此可见，开挖边坡上部强风化岩体在各工况下处于稳定状态。

7 结语

本文基于新疆某输水泵站工程，采用楔形体稳定计算软件，考虑岩质边坡节理裂隙构造，计算了岩质边坡楔形体及上覆破碎岩体的稳定性，得出了安全系数。通过计算分析，泵站边坡在各个工况下处于稳定状态。考虑工程安全储备，最终确定泵站边坡综合处理措施如下：

（1）表面保护。清除边坡上部地表孤危石、堆积体及松动岩体。对人工边坡采用挂网喷砼封闭坡面，C25喷砼厚10 cm，挂Φ6@150×150钢筋网。

（2）坡面排水、截水。全坡面布置排水孔，间排距3 m×3 m，孔深4.5 m，间隔布置，仰角10°。沿开口线设截水沟，各级马道内侧设排水沟，其间联通，形成有效的截、排水系统。截水沟为梯形断面，底宽60 cm，深80 cm，视需要再布置消能工；排水沟为矩形断面，100 cm×100 cm。截、排水沟均采用C20混凝土。

（3）边坡锚固。全坡面采用系统锚杆支护，锚杆直径Φ25、L=4.5 m，直径Φ28、L=6.0 m，间隔布置，间排距2.0 m×2.0 m。沿开口线布置Φ28，L=9 m锚筋桩进行锁口。