四川九龍縣溪谷輸變電工程場(chǎng)地穩(wěn)定性的巖體力學(xué)分析

曹廣鵬，李渝生，鮑杰

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

四川九龍縣溪谷輸變電工程場(chǎng)地穩(wěn)定性的巖體力學(xué)分析

曹廣鵬，李渝生，鮑杰

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

溪谷輸變電站工程場(chǎng)地具有較復(fù)雜的雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖土體拉分變形明顯。場(chǎng)地后緣及底部巖土體的主應(yīng)力和剪應(yīng)力集中明顯，堆積體內(nèi)部巖體處于拉分松弛狀態(tài)，巖土體的潛在變形模式以蠕滑－拉裂為主。在水庫(kù)蓄水與地震共同作用的極限工況下，場(chǎng)地處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。

應(yīng)力集中；拉分松弛；蠕滑－拉裂；極限工況

1 引言

四川省九龍縣溪谷輸變電工程區(qū)位于九龍復(fù)式向斜南西翼，場(chǎng)地地貌單元為九龍河右岸——華丘古滑坡南東部邊緣堆積臺(tái)地。地形受滑坡堆積控制，圈谷－凹陷、臺(tái)地、鼓丘及前緣陡坡等滑坡地貌特征較為明顯（圖1）。場(chǎng)地地形較為開(kāi)闊，地面起伏不平，前緣為九龍河岸坡陡坡。下游九龍溪谷電站水庫(kù)蓄水及區(qū)域地震活動(dòng)對(duì)場(chǎng)地的穩(wěn)定性影響很大。

圖1 場(chǎng)地地貌全景Fig.1 Panoramatic geomorphology of the site

2 場(chǎng)地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及變形特征

2.1 場(chǎng)地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

場(chǎng)地為華丘巨型古滑坡體南東部邊緣次級(jí)滑移堆積體，具有雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖2）。上部為土石堆積結(jié)構(gòu)，場(chǎng)地主體的中、后部主要由變質(zhì)砂巖塊石構(gòu)成，總體處于稍密－松散狀態(tài)，可見(jiàn)架空結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。場(chǎng)地前部（東部前緣）主要為塊碎石、角礫、巖屑夾少量塊石堆積，處于稍密－中密狀態(tài)；下部由三疊系上統(tǒng)侏倭組（T3zh）變質(zhì)砂巖、板巖及千枚巖構(gòu)成的巖石基座?；鶐r頂面起伏較大，中段高出現(xiàn)代河床約25m，南、北兩段逐漸降低。

圖2 場(chǎng)地的雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)Fig.2 Double－layer geological structure of the site

2.2 場(chǎng)地巖土體的變形特征

場(chǎng)地內(nèi)部的變形現(xiàn)象極為明顯，其發(fā)育形式各部位有所不同（圖3）。

場(chǎng)地西部堆積體后緣，典型的變形現(xiàn)象是由一系列凹槽及塌陷組成的圈谷拉分結(jié)構(gòu)（圖3）。其中有些新近形成的塌陷坑，顯示場(chǎng)地后緣近期處于持續(xù)緩慢的拉分變形狀態(tài)。

場(chǎng)地中部典型的變形現(xiàn)象是槽狀次級(jí)拉分結(jié)構(gòu)（圖3）。其形態(tài)經(jīng)改造而不甚清晰，變形時(shí)代相對(duì)較早。這是典型的不同塊體滑移差異性的產(chǎn)物［1］。

場(chǎng)地東部堆積體前緣陡坡地段的局部崩塌現(xiàn)象十分清楚。目前每年雨季，小型塌滑時(shí)有發(fā)生。

圖3 場(chǎng)地工程地質(zhì)圖（Qdel.古滑坡堆積體；A－A′.剖面線(xiàn)）Fig.3 Engineering geology of the site（Qdel－old landslide communication body；A－A′－section line）

3 場(chǎng)地巖土體應(yīng)力－形變特征有限元數(shù)值分析

在充分考慮場(chǎng)地巖土體地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，按A－A′主剖面（圖3）建立有限元數(shù)值計(jì)算模型［2］（圖4）。模型介質(zhì)的物理力學(xué)參數(shù)按表1所列指標(biāo)取值［3］，地震峰值加速度0.15g。

圖4 有限元數(shù)值計(jì)算模型Fig.4 Finite element numerical calculation model

3.1 場(chǎng)地巖土體的應(yīng)力分布特征

（1）主應(yīng)力矢量

巖體主應(yīng)力矢量總體上緩傾坡外。沿底部及場(chǎng)地后緣潛在滑移控制面附近，最大主應(yīng)力作用方向與結(jié)構(gòu)面交角較小。這種應(yīng)力分布狀況反映出，主應(yīng)力矢量明顯受結(jié)構(gòu)面傾角及潛在的滑移形式控制［4］。水庫(kù)蓄水及地震作用等極端工況下，主應(yīng)力矢量無(wú)明顯變化（圖5）。

表1 有限元數(shù)值計(jì)算模型介質(zhì)參數(shù)Table 1 Medium parameters of the finite element numerical calculation modelp

圖5 極限工況（地震＋水庫(kù)蓄水）主應(yīng)力矢量分布特征Fig.5 Distribution of principal stress vectors in the extreme conditions（seism ＆reservoir storage）

（2）主應(yīng)力分布特征

最大主應(yīng)力σ1分布無(wú)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，最小主應(yīng)力σ3處于低值拉張應(yīng)力狀態(tài)。在地震力與水庫(kù)蓄水同時(shí)作用的極端工況下，巖體最大主應(yīng)力σ1分布及量值無(wú)明顯變化，場(chǎng)地前緣出現(xiàn)明顯的拉張應(yīng)力分布（圖6）。

（3）最大剪應(yīng)力τmax分布特征

圖6 極限工況（地震＋水庫(kù)蓄水）最大主應(yīng)力σ1（MPa）分布特征Fig.6 Distribution of max principal stresses（MPa）in the extreme conditions（seism ＆reservoir storage）

最大剪應(yīng)力τmax（MPa）總體上處于低值狀態(tài)，場(chǎng)地后緣凹陷部位和前緣陡坡下部基巖頂面附近，出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象；在地震力與水庫(kù)蓄水同時(shí)作用的極端工況下，沿底部潛在滑移面（基巖頂面）最大剪應(yīng)力τmax明顯增高（圖7）。

圖7 極限工況（地震＋水庫(kù)蓄水）最大剪應(yīng)力τmax（MPa）分布特征Fig.7 Distribution of max shear stresses（MPa）in the extreme conditions（seism ＆reservoir storage）

3.2 場(chǎng)地巖土體的變性特征

場(chǎng)地后緣圈谷凹陷部位的垂向位移大于水平位移，前緣斜坡的水平位移大于垂向位移。場(chǎng)地巖土體的潛在變形模式以蠕滑－拉裂［5］為主。在地震力與水庫(kù)蓄水同時(shí)作用的極端工況下，場(chǎng)地前緣的水平位移及后緣拉分凹陷部位的垂向位移變形將進(jìn)一步加劇（圖8）。

圖8 極限工況 （地震＋水庫(kù)蓄水）垂直（上）和水平（下）位移等值線(xiàn)Fig.8 The vertical displacement isoline in the extreme conditions（seismic＋reservoir storage）

4 場(chǎng)地穩(wěn)定性極限平衡分析

根據(jù)場(chǎng)地巖體結(jié)構(gòu)、變形破壞現(xiàn)象及巖體應(yīng)力－形變作用模式機(jī)制等方面的實(shí)測(cè)調(diào)研及理論分析成果，建立A－A′剖面塊體極限平衡計(jì)算模型（圖9）。模型計(jì)算參數(shù)按表2取值［3］，地震加速度0.15g。

表2 極限平衡模型計(jì)算參數(shù)Table 2 Calculation parametersof the limit equilibrium section

A－A′剖面計(jì)算成果分析：

圖9 極限平衡計(jì)算模型Fig.9 The limit equilibrium calculation model

在天然狀態(tài)、水庫(kù)蓄水及地震力等3種工況條件下，場(chǎng)地中前部（塊體Ⅰ）及場(chǎng)地整體（塊體Ⅱ）均可保持其整體穩(wěn)定性。但在水庫(kù)蓄水同時(shí)疊加地震作用的極限工況下，處于潛在的不穩(wěn)定狀態(tài)（表3）。

表3 A－A′剖面極限平衡計(jì)算結(jié)果Table 3 Limit equilibrium calculations of Section A－A′

5 結(jié)論

（1）該場(chǎng)地具有雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，上部堆積體主要為塊碎石、角礫、巖屑夾少量巨塊石；下部為三疊系上統(tǒng)侏倭組變質(zhì)砂巖、板巖及千枚巖構(gòu)成的巖石基座。場(chǎng)地內(nèi)部的變形現(xiàn)象極為明顯，主要表現(xiàn)為后緣塌陷坑及拉分槽谷，中部槽狀次級(jí)拉分，前緣陡坡局部崩塌。

（2）場(chǎng)地巖土體主應(yīng)力矢量整體緩傾坡外，場(chǎng)地北部主應(yīng)力σ及場(chǎng)地整體剪應(yīng)力τmax分布沿底部潛在滑移面出現(xiàn)較明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，堆積體內(nèi)部巖體則處于拉分松弛狀態(tài)，水庫(kù)蓄水將導(dǎo)致主應(yīng)力分異現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。巖土體的潛在變形模式以蠕滑－拉裂形式為主，在水庫(kù)蓄水與地震作用下變形將進(jìn)一步加劇。

（3）場(chǎng)地巖土體在天然狀態(tài)、水庫(kù)蓄水及地震力等3種工況條件下均可保持其整體穩(wěn)定性，但在水庫(kù)蓄水同時(shí)疊加地震作用的極限工況下，處于潛在的不穩(wěn)定狀態(tài)。

［1］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1994.

［2］何滿(mǎn)潮，黃潤(rùn)秋，等.工程地質(zhì)數(shù)值法［M］.北京：科技出版社，2006.

［3］《工程地質(zhì)手冊(cè)》編輯委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)（第4版）［M］.中國(guó)建筑出版社，2007.

［4］詹軍，于清揚(yáng).有限元法在滑坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2002，30（1）：45－47.

［5］晏鄂川，劉廣潤(rùn).試論滑坡基本地質(zhì)模型［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2004，12（1）：21－24.

A ROCK－MECHANICAL STUDY ON THE STABILITY OF THE XIGU POWER TRANSMISSION STATION SITE IN JIULONG COUNTY，SICHUAN PROVINCE

Cao Guang－peng，Li Yu－sheng，Bao Jie
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

The station site has a complex double geological structure with evident pull－apart deformation.Its deformation model is a creep－fracture one，with an obvious concentration of principal and shear stress at the posterior edge of the site and the bottom of the rock－soil mass as well as the deposit body pull－apart and loose within it.The site will be unstable in the extreme conditions of reservoir storage and seism.

stress concentration；pull－apart and looseness；creep－fracture；extreme conditions

P642；TU452

A

1006－4362（2011）04－0046－04

2011－05－23 改回日期：2011－07－28

曹廣鵬（1988－ ），男，安徽省碭山縣人，2009級(jí)碩士研究生，主要從事地質(zhì)工程和巖土工程相關(guān)研究工作。