.地震作用下水利水电工程边坡稳定分析.PDF

地震作用下水利水电工程边坡稳定分析 抗震中心 张伯艳、王 璨、李德玉 1 研究背景 在水利水电工程的建设和运行中，大多涉及边坡的稳定问题[56] ，大型工程中的高陡边坡问 题更加突出。位于广西和贵州界河南盘江下游的天生桥二级水电站，厂区边坡总高度 380m，上 部 120m 为调压井边坡，下部 260m 为厂房边坡。厂房边坡由西坡陡岩、芭蕉林滑坡体、西坡及 南坡 4 部分组成。在施工过程中，南坡和西坡曾发生不同类型的滑坡，经加固处理后，才保证了 厂房边坡的稳定安全；漫湾水电站位于云南省云县与景东县交界的澜沧江中游河段，主要挡水建 筑物为混凝土重力坝，在开挖坝基、水垫塘的过程中，左岸坝肩下游、缆机平台下部产生大范围 平面型滑移破坏，土石方量约 10.6 万 m3 ，修复加固后，边坡才处于稳定状态；小浪底水利枢纽 位于洛阳市以北 40km 的黄河干流上，其挡水建筑物为壤土斜心墙堆石坝，发电洞、灌溉洞、泄 洪洞和溢洪道等所有引水、泄水建筑物都集中布置在左岸，进出口高边坡的稳定性成为工程顺利 建设和安全运行的关键问题，进出口边坡在施工过程中多次出现滑塌险情，经开挖、体型设计和 加固处理才保证了进、出口边坡的稳定性；长江三峡水利枢纽船闸工程，在开挖过程中，形成高 170m，长 1607m 的高边坡，边坡岩体中存在两组中缓倾角节理，从而构成 1000 余个不稳定楔形 块体，对这些楔形块体进行逐个分析和处理后，边坡才处于安全稳定状态；洪家渡水电站位于贵 州省乌江干流北源六冲河下游，挡水建筑物是面板堆石坝，由于枢纽布置的需要，左岸坝肩形成 了高达 310m 的岩质陡边坡，通过采取主动预应力锁口锚固和系统喷锚措施，以较少的处理量保 证了高陡边坡的稳定安全；龙滩水电站位于红水河干流广西天峨县境内，挡水建筑物为碾压混凝 土重力坝，最大坝高 216.5m，由于处理左岸坝肩蠕变岩体及采用全地下厂房布置方案，全部 9 台机组的进水口均布置在左岸，因而形成了长约 400m，最大组合坡高达 435m 的、轮廓复杂的 反倾向层状结构岩质高边坡，对其倾倒稳定分析，目前尚无成熟的方法，在离心机试验研究的指 导下，采用预应力锚索和排水方案，才保证高边坡的稳定性；位于澜沧江中游的小湾水电站存在 左岸坝前饮水沟堆积体高达 700m 的开挖边坡；位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内 的锦屏水电站，因修建高拱坝开挖坝肩以及缆机平台的需要，形成了高达 530m 的陡边坡；此外， 大岗山、溪洛渡和白鹤滩等水电站，均存在边坡稳定性问题。由上述实例，可以看出，水电工程 64 边坡的特点是：地处深山峡谷，地形地质条件复杂，边坡开挖深，高度大，处理难度高，其稳定 性往往成为制约工程设计的关键技术问题。 [57] ，地震烈度无论在 由于高坝大库大多建于西部地区，西部地区是中国大陆的主要地震区 时间和空间的分布上，西部地区都大于东部地区，近代中国大陆 82%的强震都发生在该地区， 这使水电工程的高陡边坡稳定分析难度更大。虽然汶川地震中近坝工程边坡与远离坝址的天然边 坡比较而言有较好的抗震表现，这主要得益于工程建设过程中对边坡采取的各种加固措施，然而 边坡地震的输入机制，地震沿边坡的放大效应，各种加固措施的抗震机理，均缺乏深入认识，边 坡的抗震稳定分析和研究相对边坡静力稳定分析而言要薄弱得多，才刚刚起步；边坡抗震稳定分 析和研究相对于高坝的抗震分析而言，也很显不足。强震作用下的高坝安全问题已引起工程设计 和研究人员的极大关注并己取得极大进步[1,57~58],然而，在地震作用下，边坡尤其是近坝边坡的 失稳，可能会导致大坝的功能丧失，甚至有产生溃坝的风险。因此，近年来，对地震作用下水利 水电工程边坡稳定分析和研究给予了越来越多的关注，本文拟将此学科研究的现状与必威体育精装版成果作 出概括、总结与展望，这不论是从工程应用的角度，还是从学科发展的角度都具有深远意义。 2 研究现状 水利水电工程边坡在地震作用下的稳定分析研究，除涉及静力作用（如自重、降雨、开挖应 力、水岩耦合等）外，主要研究边坡的地震反应，它包括地震动在边坡中所引起的加速度、速度、 位移和内力，地震引发的边坡永久位移，边坡动力失稳机理及其稳定性判据等。 从考察地震动作用下的边坡地震反应的物理现象出发，以能够体现真实地震动作用下的边坡 岩土体的动力行为的