西藏某水電站右岸邊坡山體裂隙變形破壞模式初步分析

粟　宇,張慶華

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司, 四川 成都　610072)

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西藏某水電站右岸邊坡山體裂隙變形破壞模式初步分析

粟宇,張慶華

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司, 四川 成都610072)

山體裂隙相互組合對邊坡整體形態(tài)和穩(wěn)定性影響較大，尤其是對開挖邊坡的影響更為明顯，直接影響到工程治理方案決策。本文通過分析右岸邊坡裂隙相互組合所產(chǎn)生的各種破壞模式，提出了工程設(shè)計處理建議。

邊坡；裂隙組合；破壞模式

1　工程概況

某水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣境內(nèi)，雅魯藏布江中游沃卡～加查峽谷段出口處。電站裝機容量為510 MW，正常蓄水位3 310.00 m，壩頂高程3 314.00 m，相應(yīng)的最大壩高116 m，總庫容為0.866億m3，調(diào)節(jié)庫容為0.131億m3，具日調(diào)節(jié)性能。

某電站壩址區(qū)右岸主要布置有廠房擋水壩、右沖沙底孔、右岸擋水壩、纜機平臺及2、4、6、8號交通公路等。廠房擋水壩段長135.50 m，建基面高程3 198.00～3 226.50 m；沖沙底孔長15.00 m，建基面高程3 234.00 m；2、4、6、8號公路，路基寬為8.5 m，分布高程分別為3 267 m、3 288～3 314 m、3 297～3 314 m和3 320～3 375 m，纜機平臺高程3 375 m，后緣永久性邊坡高約94 m，工程涉及開挖邊坡最高約231 m，開挖坡比一般為1∶0.3，局部1∶0.4。

2　右岸邊坡基本地質(zhì)條件

2.1地形地貌及地層巖性

雅魯藏布江以S40°E流經(jīng)壩址區(qū)，河道順直，兩岸臨江坡高大于1 000 m，呈較對稱的“V”字型深切河谷。右岸山谷上起熊瑪溝，下止白溝，長約1 200 m，山體橫河方向呈對稱的等腰三角型(見圖1)，河岸岸坡地形較完整，地形坡度45°～60°?？菟诤铀桓叱碳s3 249 m，水面寬100～150 m，水深一般4～6 m。正常蓄水位3 310 m時，谷寬320～360 m。

右岸邊坡基巖大多裸露，巖性為二長花崗巖，巖石致密堅硬，透水性較弱，巖體裂隙較發(fā)育。

圖1　右岸邊坡地形地貌

2.2地質(zhì)構(gòu)造

雅魯藏布江斷裂帶從壩址下游約5 km附近斜穿雅魯藏布江，近東西向展布，受其影響，巖體中節(jié)理裂隙較發(fā)育。地表地質(zhì)調(diào)查及勘探揭示，無較大規(guī)模斷層分布，發(fā)育23條規(guī)模較小的小斷層，在地表形成凹、槽，屬Ⅲ級結(jié)構(gòu)面。右岸邊坡主要發(fā)育有： f5、f7、f8小斷層，其工程性狀見表1。

表1　壩址區(qū)右岸邊坡斷層特征

2.3風(fēng)化卸荷

2.3.1巖體風(fēng)化

壩址巖體風(fēng)化與巖性、構(gòu)造、地下水活動及地形條件等密切相關(guān)。壩區(qū)無連續(xù)分布的強風(fēng)化巖體，主要為弱風(fēng)化及微～新巖體。巖體風(fēng)化主要表現(xiàn)為礦物蝕變、裂面銹染等，右岸弱風(fēng)化以裂隙風(fēng)化為主，花崗巖長石礦物出現(xiàn)褪色，裂面以輕微～中等銹染為主，局部強烈銹染，錘擊聲較清脆，巖體呈次塊～鑲嵌結(jié)構(gòu)，波速4 000～4 500 m/s，弱風(fēng)化水平深度一般30～50 m。強風(fēng)化巖體主要發(fā)育在擠壓破碎帶、劈理帶四周，以強風(fēng)化夾層型式出現(xiàn)。

2.3.2巖體卸荷

壩址河谷深切，谷坡陡峻，裂隙較發(fā)育，巖體卸荷較明顯，根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查及平硐揭示情況(見表2)，根據(jù)卸荷帶內(nèi)卸荷張裂縫的發(fā)育分布、張開寬度、延伸長度、次生泥充填情況以及壩址區(qū)聲波測試成果等方面，將壩區(qū)右岸巖體根據(jù)其卸荷程度強弱大致分為強卸荷帶、弱卸荷帶。

強卸荷帶：帶內(nèi)各方向裂隙發(fā)育，密度大，普遍張開，一般都充填次生夾泥或碎石。因卸荷作用原有順坡中、陡傾坡外的結(jié)構(gòu)面一般張開寬約1～3 cm，大者可達(dá)20～30 cm，具有上寬下窄的特點，洞形多不規(guī)則，有時可見架空現(xiàn)象，并且追蹤卸荷也很明顯，隱微裂隙顯現(xiàn)，甚至沿巖塊內(nèi)部拉開。卸荷帶巖體強度顯著降低，巖體多呈散體～塊裂狀結(jié)構(gòu)，具中等透水，平時一般干燥，雨季嚴(yán)重滴水，巖體聲波縱波速Vp小于3 500 m/s。該帶在河床部位較淺，河谷兩岸由低高程向高高程其水平深度呈增加趨勢。右岸壩肩谷坡強卸荷水平深度一般5～15 m，弱卸荷水平深度30～50 m。

表2　右岸邊坡巖體風(fēng)化、卸荷深度

3　右岸邊坡分區(qū)

右岸邊坡地形較完整，山體雄厚，基巖大多裸露，巖體完整性受構(gòu)造、風(fēng)化、卸荷等因素控制具明顯分區(qū)性(見圖1)，根據(jù)前期地表地質(zhì)測繪、地質(zhì)勘探及施工期地質(zhì)補充測繪工作，將整個右岸劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個大區(qū)，Ⅱ、Ⅲ區(qū)內(nèi)又劃分出Ⅱ1、Ⅲ1二個亞區(qū)。

Ⅰ區(qū)：位于纜機平臺、右壩肩上游至熊瑪溝一帶。

Ⅱ區(qū)：位于纜機平臺、右壩肩部位，為Ⅰ、Ⅲ區(qū)所夾的三角型地塊。

Ⅱ1區(qū)：位于Ⅱ區(qū)高程3 400 m以上，三角型地塊頂部。

Ⅲ區(qū)：位于纜機平臺、右壩肩下游至白溝一帶。

Ⅲ1區(qū)：位于纜機平臺、右壩肩與Ⅲ區(qū)接合部。

4　右岸邊坡變形破壞模式初步分析及處理建議

4.1右岸Ⅰ區(qū)邊坡

4.1.1基本地質(zhì)條件

位于纜機平臺、右壩肩上游至熊瑪溝一帶，該段邊坡高陡，屬于近壩庫岸邊坡，高程3 310 m以下邊坡位于正常蓄水位之下。主要發(fā)育裂隙有4組：① N40°～60°E/NW∠40°～55°為錯列延伸的擠壓破碎帶，起伏粗糙，充填巖塊、巖屑，中～重度銹染;② N50°～70°W/SW∠65°～85°，延伸大于10 m, 平直粗糙，普遍卸荷，張開1～5 cm，少量20～30 cm，間距3～5 m，局部1～2 m;③ N0°～10°E/NW∠60°～85°，延伸大于10 m, 平直粗糙，普遍卸荷，張開1～5 cm，少量20～30 cm，間距1～3 m;④ N50°～55°W/NE∠30°～55°或∠40°～55°，延伸大于10 m,平直粗糙，間距1～1.5 m。

4.1.2邊坡穩(wěn)定性評價及變形破壞模式分析

②、③裂隙組合，將岸坡巖體切割成大小不一的棱形或豆腐狀塊體，④裂隙構(gòu)成了切割塊體的底滑面，①擠壓破碎帶在坡體中總體發(fā)育規(guī)模不大，但往往后期形成寬2～5 m不等的強風(fēng)化夾層，進一步降低了坡體巖體的強度和穩(wěn)定性。由于上述斷層或裂隙的不利組合，造成邊坡巖體產(chǎn)生平面滑移，表部巖體不同程度出現(xiàn)張開現(xiàn)象，由上及下，張開程度逐漸加大(見圖2)。

圖2　Ⅰ區(qū)裂隙②、③、④組合巖體平面滑移破壞模式

4.1.3邊坡處理建議

由于上述構(gòu)造裂隙在Ⅰ區(qū)坡體中普遍存在，其不利組合造成邊坡巖體平面滑移，表部巖體不同程度出現(xiàn)張開現(xiàn)象，應(yīng)加強開挖范圍內(nèi)支護處理以及自然坡體內(nèi)不穩(wěn)定巖體防護處理措施。

4.2右岸Ⅱ區(qū)邊坡

4.2.1基本地質(zhì)條件

位于纜機平臺、右壩肩部位，為Ⅰ、Ⅲ區(qū)所夾的三角型地塊，根據(jù)不同高程裂隙發(fā)育狀況，將高程3 400 m以上部位分為Ⅱ1亞區(qū)(見圖1)。

Ⅱ區(qū)位于高程3 400 m以下，自然邊坡60°～70°，為纜機平臺基礎(chǔ)和右壩肩開挖邊坡所屬范圍，巖體較完整，邊坡整體穩(wěn)定性好。主要發(fā)育裂隙有2組：① N60°W/SW∠75°～85°(該裂隙與f5近于平行)，延伸大于10 m，平直粗糙，少量微張，間距5～7 m;② 近SN/E∠75°，延伸3～5 m，平直粗糙，間距1～2 m。

Ⅱ1區(qū)位于高程3 400 m以上，自然邊坡40°～50°，為纜機平臺開挖邊坡所屬范圍。主要發(fā)育裂隙有3組：① N60°W/SW∠75°～85°，平直粗糙，微張，局部充填巖屑;② 近SN/E∠75°，延伸3～5 m，平直粗糙;③ N60°W/NE∠42°, 平直粗糙，間距2～3 m，不發(fā)育。

4.2.2邊坡穩(wěn)定性評價及變形破壞模式分析

Ⅱ區(qū)邊坡整體穩(wěn)定性較好，未發(fā)現(xiàn)對邊坡不利的裂隙組合，雖f5斷層從坡腳穿過，為陡傾山內(nèi)構(gòu)造，對邊坡巖體穩(wěn)定性影響較小。

Ⅱ1區(qū)裂隙間距較Ⅱ區(qū)明顯減小，③裂隙雖不發(fā)育但構(gòu)成了上伏巖體的底滑面，造成邊坡巖體產(chǎn)生平面滑移，表部巖體不同程度出現(xiàn)張開現(xiàn)象，滑移破壞模式同Ⅰ區(qū)一致(見圖2)。

4.2.3邊坡處理建議

斷層f5從坡腳穿過向下游延伸，斷層破碎帶寬0.12 m，影響帶寬約5 m，帶內(nèi)以碎裂巖、碎斑巖為主，巖體完整性較差，風(fēng)化較強。建議加強支護，在下部邊坡開挖過程中應(yīng)加強斷層f5及其影響帶的爆破控制、隨機支護。

4.3右岸Ⅲ區(qū)邊坡

4.3.1基本地質(zhì)條件

位于纜機平臺、右壩肩下游至白溝一帶，根據(jù)不同裂隙發(fā)育、組合及巖體完整度，將與纜機平臺、右壩肩相鄰地帶為Ⅲ1亞區(qū)(見圖1)。

Ⅲ區(qū)自然邊坡60°～70°，巖體完整性較好，邊坡整體穩(wěn)定，主要發(fā)育裂隙有6組：①近SN/E∠50°～70°,延伸大于10 m, 平直粗糙，間距1.5～2 m;②N5°～15°E/NW∠55°～70°,延伸大于10 m, 平直粗糙，間距2 m;③近EW/S∠75° 僅在白溝溝口出露，延伸1.5～2 m, 平直粗糙，間距2～3 m;④N75°W/NE∠40°，延伸1.5～2 m，受①、②、③裂隙限制，間距1～3 m;⑤近SN/E∠43° 延伸大于10 m, 平直粗糙，間距2～3 m;⑥N75°W/SW∠80°～85°,延伸大于10 m, 平直粗糙，間距3～5 m，局部1～2 m。

Ⅲ1區(qū)自然邊坡60°～70°，巨厚塊狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較好，僅與Ⅱ區(qū)接合部發(fā)育二組裂隙，接合部巖體較破碎，邊坡穩(wěn)定性較差。① N75°W/SW∠80°～85° 延伸大于10 m，平直粗糙，間距1～2 m，較發(fā)育;② N20°～30°W/NE∠50°～54° 順坡裂隙，延伸大于10 m, 平直粗糙。

4.3.2邊坡穩(wěn)定性評價及變形破壞模式分析

Ⅲ區(qū)巖質(zhì)邊坡裂隙較發(fā)育，坡體內(nèi)順坡向緩傾角裂隙受陡傾角裂隙影響，延伸多短小，發(fā)育程度遠(yuǎn)不及陡傾角裂隙，對坡體整體穩(wěn)定性影響較小，邊坡整體穩(wěn)定。4號公路0+500～0+610 m段主要發(fā)育①、②、③、④四組裂隙，相互組合有三種變形破壞模式:①裂隙單一滑移座落破壞模式(見圖3)；①、②、③裂隙組合呈三角楔形體滑移破壞模式(見圖4)；①、③、④裂隙組合呈平面滑移破壞模式(見圖5)。

4號公路0+610～755 m段主要發(fā)育②、⑤、⑥三組裂隙，存在二種變形破壞模式：②、⑤、⑥裂隙組合呈楔形體滑移破壞模式(見圖6)，對4號路開挖邊坡的穩(wěn)定影響較大；①、②、⑥裂隙組合形成卸荷崩塌破壞模式(見圖7)，多出現(xiàn)在中、高程部位，是坡體內(nèi)危巖體主體。

Ⅲ1區(qū)裂隙不發(fā)育，為整體塊狀結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定性好，只是在與Ⅱ區(qū)接合部位發(fā)育①、②二組裂隙，中傾角順坡裂隙延伸長大，構(gòu)成了上部巖體的底滑面，受其影響，上部巖體張開，破碎，呈現(xiàn)平面滑移座落破壞模式(見圖8)。

4號路在0+610～0+755 m段為覆蓋層路基，至河邊覆蓋層分布廣泛。該段與廠房尾水渠邊墻水平距離60 m，高差30 m，尾水渠處覆蓋層厚約43 m，總高差在73 m左右。原設(shè)計4號路在該段為覆蓋層路基，下部尾水渠邊坡采用貼坡混凝土擋墻?，F(xiàn)該段尾水渠邊坡設(shè)計改為衡重式擋墻護坡，擋墻基礎(chǔ)為基巖，擋墻基礎(chǔ)開挖將改變覆蓋層現(xiàn)有穩(wěn)定狀態(tài)，影響4號路運行安全。

圖3Ⅲ區(qū)裂隙①單一滑移座落破壞模式圖4Ⅲ區(qū)裂隙①、②、③組合三角楔形體滑移破壞模式

圖5Ⅲ區(qū)裂隙①、③、④組合平面滑移破壞模式圖6Ⅲ區(qū)裂隙②、⑤、⑥組合楔形體滑移破壞模式

圖7Ⅲ區(qū)裂隙①、②、⑥組合形成卸荷崩塌破壞模式圖8Ⅲ1區(qū)裂隙①、②平面滑移座落破壞模式

4.3.3邊坡處理建議

(1)4號公路過溝段和Ⅲ1區(qū)與Ⅱ區(qū)接合部位，建議加強支護，在邊坡開挖過程中應(yīng)加強爆破控制、隨機支護。

(2)由于Ⅲ區(qū)裂隙較發(fā)育，相互間組合破壞模式較多，很難控制開挖邊坡的完整性，處理工程量較大，且在0+610～0+755 m覆蓋層段與尾水渠衡重式擋墻護坡相互干擾，其間坡體穩(wěn)定性支護難度大，建議4號公路由明挖調(diào)整為隧道。

5　結(jié)　　語

(1)某水電站右岸邊坡無貫穿性結(jié)構(gòu)面控制，邊坡整體穩(wěn)定，局部段巖體由于結(jié)構(gòu)面的不利組合發(fā)生變形破壞。根據(jù)右岸邊坡的工程部位、巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面組合和變形破壞等特征把左岸邊坡劃分為3個大區(qū)及2個亞區(qū)，分別為各區(qū)進行了邊坡穩(wěn)定性評價和變形破壞模式分析及提出邊坡處理意見。另外，對于存在一定安全隱患但規(guī)模較小的危巖體，文章中沒有提及，開挖過程中可能會出現(xiàn)新的危巖體。

(2)右岸邊坡的變形破壞主要表現(xiàn)為開口線附近卸荷巖體內(nèi)崩塌、塊體組合形成的滑塌以及斷層破碎帶及影響帶的傾倒變形，對于不同的變形破壞，應(yīng)針對性采取不同的工程處理措施。

(3)從右岸邊坡節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面組合及產(chǎn)狀特征來看，普遍存在一組中緩傾坡外的剛性結(jié)構(gòu)面，同其它結(jié)構(gòu)面組合容易造成邊坡局部塊體失穩(wěn)。

(4)邊坡中分布的控制性結(jié)構(gòu)面多為巖屑夾泥型其抗剪強度較低，對邊坡穩(wěn)定也極為不利。

(5)由于邊坡高陡，對開口線以外的危巖體，應(yīng)進行清除，避免在形成高邊坡后再進行處理，對工程邊坡的處理應(yīng)安全徹底、不留隱患。

(6)邊坡的原位監(jiān)測在掌握邊坡穩(wěn)定性的動態(tài)變化和對邊坡巖體的穩(wěn)定性評價具有重要作用。邊坡監(jiān)測點應(yīng)點、線、面結(jié)合，建立空間監(jiān)測體系，給邊坡的處理措施決策提供科學(xué)依據(jù)。應(yīng)加快和加強對邊坡的變形監(jiān)測。

[1]張倬元,王士天,王蘭生編著.工程地質(zhì)分析原理[M].地質(zhì)出版社，1981.

[2]王蘭生,張倬元.斜坡巖體變形破壞的基本地質(zhì)力學(xué)模式[M].水文工程地質(zhì)論叢，1983.

[3]孫廣忠著.巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].科學(xué)出版社，1988.

[4]黃潤秋，張倬元，王士天. 高邊坡穩(wěn)定性的系統(tǒng)工程地質(zhì)研究[M].成都：成都科技大學(xué)出版社，1991.

2015-06-29

粟宇(1982-)，男，四川內(nèi)江人，工程師，從事工程地質(zhì)勘察工作。

TU457

B

1003-9805(2016)03-0033-04