2.6 火溪河水牛家水库塌岸
2.6.1 工程概况及库岸塌岸情况
水牛家水电站位于四川省平武县涪江左岸一级支流火溪河上,大坝位于白马乡稿史瑙村赖子湾,地下厂房位于白马乡下游1km的红旗沟上游侧山体内,坝、厂间距离约10km。电站大坝与厂房之间有平武至王朗自然保护区的公路相连,厂址向下游为成九公路,厂址距平武约60km,距成都约365km,对外交通较为方便。
水牛家水电站属火溪河梯级开发的龙头水库工程,碎石土心墙堆石坝坝高108m,正常蓄水位高程2270.00m时,总库容约1.34亿m3,具年调节性能。电站枢纽工程主要由碎石土心墙堆石坝、导流(兼泄洪放空)洞、泄洪洞(及泄洪陡槽)、引水隧洞、双室式调压井、压力管道、主(副)厂房系统、输出变电站等枢纽建筑物组成。采用混合式开发方式,引水至下游约10km的电冶厂一带建厂发电,利用落差235m,电站装机容量70MW,年发电量2.112亿kW·h,对下游自一里、木座、阴坪各梯级电站具较好的调节性能和经济效益。
水牛家水电站于2003年5月27日正式开工;2003年12月15日截流;至2006年6月,大坝坝基、坝肩边坡、导流放空洞、泄洪洞(及陡槽)以及厂址区各建筑物的施工开挖工作全部完成;2006年12月底第一台机组并网发电。
下闸蓄水后,水库区两岸均发生了不等规模的塌岸,其中规模最大、对工程(省道公路)影响最为突出的是位于左岸近坝段的1号、2号堆积体。其中1号堆积体率先出现变形,该堆积体距离大坝距离约400～500m,2007年8月,在后缘2235.00m处开始出现横向裂缝,拉裂缝宽约2～3cm,无明显下错迹象,形成圈椅状地形,水位上升至水库2265.00m左右时,裂缝宽达3～5cm,下错约1～2cm,在上升过程中变形量达到最大,随后变形逐渐趋于稳定,未有加大趋势;在水位下降至2260.00m左右时,变形量又逐渐加大,在不到半个月时间内坡体下沉0.8～1m,并伴生较多纵向裂缝,张裂3～8cm,当库水位已下降至2247.00m左右时,其中的蠕滑体上下游边界均已有明显开裂变形,上游边界土体中可见滑面擦痕,下错位移量已达1.8～2.0m,下游边界下错约1.2～1.5m,后缘圈椅状拉裂缝张开0.5～2m,下错最大位移量约3m。
总体上看,水牛家库区塌岸模式、规模与硗碛、狮子坪库区有很大的相似性,即塌岸主要发生在松散堆积体内,且已蠕滑拉裂的渐进式滑移变形为特点。
2.6.2 典型塌岸事件分析
以近坝库区左岸水牛家堆积体为代表进行分析研究。
2.6.2.1 基本地质条件
水牛家2号堆积体位于水牛家水库左岸,距坝址2.28km,距支沟沟口993m,地貌上为山间凹槽形态,其前缘河床高程为2180.00m,后缘高程约2330.00～2360.00m,高差约150.00～180.00m,该堆积体顺坡长约192m,坡面总体坡度为20°～40°。预计该堆积体厚度5～25m不等,规模约21万m3,主要为坡残积、局部崩坡积碎砾石土,碎砾石成分以千枚岩、砂质千枚岩为主,少量砂岩,总体结构较松散。
蓄水后该堆积体在2008年开始出现前缘拉裂变形,据2008年4月初调查,在水库蓄水至2125.00m并在后续的水位下降过程中,环湖公路外侧地表出现少量横向拉张裂缝,但规模不大,只是在王朗公路内侧路堑边坡开挖后,边坡浅表部可见小范围塌滑。现状条件下边坡稳定性一般,蓄水后可能会对王朗公路产生不利影响(图2.52)。
图2.52 水牛家2号堆积体工程地质平面图
2.6.2.2 边坡稳定计算工况及参数取值
如前所述,在考虑边坡稳定性计算工况时,同样围绕蓄水位2270.00m和2270.00m骤降5m两种蓄水条件,然后分别再考虑以下工况:①天然状态;②持续降雨状态;③天然+地震状态;④持续降雨+地震状态。结合目前堆积体变形分布范围划分为Ⅰ、Ⅱ两个区,并分别各用1条纵剖面进行分析计算,计算公式采用传递系数法。
根据堆积颗粒成分,参照坝址区附近相似材料试验参数和野外调查、工程类比,同时根据堆积体现有变形现状所进行的边坡稳定性参数反演后,可确定出针对该堆积体相应的计算参数,见表2.24。同时针对场区地震烈度为8度,水平地震加速度取0.2g,地震综合影响系数取0.25。
表2.24 水牛家2号堆积体稳定性计算参数取值
2.6.2.3 计算成果与分析(按圆弧形潜在滑面搜索)
1.蓄水2270.00m后堆积体稳定性分析计算
水牛家2号堆积体在2270.00m蓄水位条件下的1—1'剖面、2—2'剖面稳定性计算结果(表2.25)。1—1'剖面计算结果见图2.53和图2.54。
表2.2 52270.00m蓄水位各剖面不同潜在滑面的稳定性系数
图2.53 2270.00m蓄水位下水牛家2号堆积体稳定性计算1—1'剖面图
可见在2270.00m蓄水位下,1号堆积体Ⅰ区在天然工况下各潜在滑面稳定性系数在1.036～1.152,处在基本稳定状态,其中AE潜在滑面处于欠稳定状态,下滑可能性最大。在持续降雨状态下各潜在滑面稳定性系数在0.950～1.134,同样处在欠稳定—不稳定状态,也表现出AE潜在滑面稳定性最差;在8度地震烈度时,则各潜在滑面除AC外,均处于不稳定状态。上述特征显示,2号堆积体Ⅰ区在2270.00m蓄水位下的3种工况均处于极限平衡—不稳定,存在整体滑动的可能性很大。
从Ⅱ区看,天然状态下各潜在滑面均处于稳定—基本稳定状态,但在暴雨和地震工况下,靠后缘部位的AD和AE潜在滑面稳定性系数均小于1,存在整体和逐级下滑的可能性很大。
图2.54 2270.00m蓄水位下水牛家2号堆积体稳定性计算2—2'剖面图
因此在2270.00m蓄水位下,1号堆积体所划分的两个区均存在整体下滑的可能性,但Ⅰ区稳定性最差,且以蠕滑滑移型为特点,对穿越堆积体内王朗公路构成严重影响。
2.从2270.00m蓄水位骤降5m稳定性分析计算
水牛家2号堆积体在2270.00m骤降至2265.00m水位时,1—1'、2—2'剖面稳定性计算见表2.26。1—1'剖面见图2.55和图2.56。可见在2270.00m蓄水位骤降5m下,与2270.00m蓄水位相比,稳定性下降显著。
表2.26 2270.00m蓄水位降5m各剖面各潜在滑面的稳定性系数
图2.55 2270.00m蓄水位降5m下水牛家2号堆积体稳定性计算1—1'剖面图
图2.56 2270.00m蓄水位降5m下水牛家2号堆积体稳定性计算2—2'剖面图
其中2号堆积体Ⅰ区在天然工况下各潜在滑面稳定性系数在1.018～1.120,均处在极限平衡—不稳定状态,其中AB、AE潜在滑面下滑可能性最大。在持续降雨状态下各潜在滑面稳定性系数在0.934～1.084,基本处于欠稳定—不稳定状态,也表现出AB、AE潜在滑面稳定性最差;在8度地震烈度时,则各潜在滑面均处于不稳定状态。上述特征显示,2号堆积体Ⅰ区在2270.00m蓄水位骤降5m下的3种工况下整体基本处于不稳定,存在分级和整体滑动的可能性大。
从Ⅱ区看,不论是天然状态、还是暴雨和地震工况下,均表现出靠后缘侧的AD、AE潜在滑面稳定性系数低于稳定性判别标准,存在整体下滑的可能性大。
因此在2270.00m蓄水位骤降5m下,2号堆积体所划分的两区均存在整体下滑的可能性,对穿越堆积体内王朗公路构成严重影响。