基于CSMR法對遼寧蒲石河抽水蓄能電站右岸壩肩邊坡的穩(wěn)定性評價

柴貝貝，牟靜濤

（中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

1 右岸壩肩邊坡基本概況

遼寧蒲石河抽水蓄能電站水庫區(qū)位于鴨綠江右岸一級支流蒲石河下游的小孤山村王家街，隸屬于丹東市寬甸滿族自治縣長甸鎮(zhèn)。壩址區(qū)巖體為塊狀堅硬變質巖，根據巖體結構面特征等，按風化程度可將壩肩邊坡巖體劃分為：強風化、弱風化、微風化和新鮮四種。據施工開挖揭露地質條件，兩岸岸坡巖石風化較深，右岸岸坡強風化下限埋深3～6m，弱風化下限埋深10～23m，微風化下限埋深14～40m。大壩右岸地下水埋深受卸荷影響，埋深較深，為12～30m。

2 邊坡結構面特征

2.1 結構面成因類型

蒲石河抽水蓄能電站下庫右岸壩肩邊坡不僅發(fā)育有以火成巖結構面為主的原生結構面，還發(fā)育有構造結構面和次生結構面。三者相互交切，發(fā)育程度各不相同，形成了邊坡比較復雜的巖體結構。坡內發(fā)育的較大構造結構面(如F216、f29、f30、f65斷層、J5卸荷帶等)，對右岸壩肩變形穩(wěn)定起著一定作用。

(1) 原生結構面。

右岸壩肩邊坡中的原生結構面不發(fā)育，其類型主要是巖漿巖侵入冷凝過程中收縮而形成的原生節(jié)理面，即在右岸邊坡中零星所見的幾處閃長玢巖巖脈，寬度均＜20cm，脈體內節(jié)理不發(fā)育，脈體巖石較完整，延伸短，與圍巖呈裂隙接觸，扭曲狀出露。

(2) 構造結構面。

右岸壩肩邊坡中的構造結構面較發(fā)育，其主要類型為在地質構造作用下巖體內產生的斷層和節(jié)理面。邊坡內主要見有F216、f29、f30、f65四條斷層分布，F216斷層寬度30～40cm，其余斷層寬度均＜20cm。

(3) 次生結構面。

右岸壩肩邊坡中次生結構面較發(fā)育，主要是在卸荷風化作用下所形成的風化裂隙及卸荷裂隙帶。由于右岸邊坡地形較陡，多為40～45°，右岸邊坡巖石在重力卸荷作用下，巖體受側向張拉變位，節(jié)理多呈張開狀態(tài)，部分巖體多已松動，右岸壩肩邊坡發(fā)育有卸荷J5面。

2.2 結構面工程地質分級

根據野外調查資料(見表1)，其中水文地質現象為干燥。將右岸壩肩邊坡結構面按工程規(guī)模劃分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四級(見表2)，結構面主要為Ⅲ、Ⅳ級，對邊坡局部穩(wěn)定性有影響。

3 巖體質量分級

本文根據GB50287-99《水利水電工程地質規(guī)范》，并結合壩址區(qū)巖體工程地質特征、巖體完整性指標、巖石強度、結構面性狀以及地下水條件等，將工程區(qū)劃分為為Ⅱ、Ⅲ級，采用CSMR法對邊坡巖體進行定量打分分級，最后得出較為客觀的邊坡巖體分類，其中采用CSMR法分級時，根據前人的研究，對一些參數進行了修正。

3.1 巖體質量定性分級

結合野外地質調查，針對壩肩邊坡的地質特性，對邊坡巖體質量進行定性分級。選用風化、卸荷和巖體結構三大因素，并考慮優(yōu)勢結構面、地下水狀況以及結構面性狀，將壩區(qū)巖體劃分為Ⅱ、Ⅲ兩級，具體的分級標準見表3。

表1 右岸壩肩邊坡野外測量裂隙記錄

表2 右岸壩肩邊坡結構面按規(guī)模分級

表3 右岸壩肩邊坡巖體質量定性分級

3.2 巖體質量定量分級

3.2.1 CSMR法簡介

1997年，中國水利水電邊坡工程小組在RMR法基礎上引入高度修正系數和結構面修正系數提出了CSMR法。其具體表達方式如下：

式中：RMR是比尼威斯基提出的巖體質量得分，其取值得分見表4。

式中：ξ為高度修正系數，ξ=0.57+0.43×(Hr/H)，傾倒邊坡時，ξ=1；H為邊坡高度；Hr=80m；λ為結構面系數，取值見表5。

式中：F1為邊坡中不連續(xù)面傾向于邊坡間關系調整值；F2為不連續(xù)面傾角大小調整；F3為不連續(xù)面與坡面傾角間關系調整；F1、F2、F3的取值見表6；F4為通過工程實踐經驗獲得的邊坡開挖方法調整參數，取值見表7。

根據邊坡工程地質條件，確定各參數的權值，加起來后就是RMR值。RMR值最高為100，最低為0，以20分為一級，將巖體劃分為5級，見表8。

將RMR值與F1、F2、F3和F4帶入公式即可得CSMR值。其最大值為100，最小值為0，以20分為間隔，劃分為5個級別，見表9。

表4 邊坡巖體質量RMR分類因素及評分標準

表5 結構條件系數λ細化調整

表6 不連續(xù)面產狀調整值

表7 邊坡開挖方法調整值

表8 RMR巖體質量分級

表9 CSMR分級描述

3.2.2 質量分級計算參數選取

在進行巖體質量分級選取的各項參數時，主要考慮以下幾方面：

(1) 通過現場取樣及室內物理力學試驗，最終獲取巖石強度。

(2) 以平硐實驗數據為準對RQD進行取值，當某一段巖體中有多個RQD值時，選取其平均值。

(3) 結合野外實測的裂隙間距，綜合得出其取值范圍。

(4) 結構面條件參數的合理取值是一項比較復雜的工作，主要是根據對平硐裂隙統(tǒng)計及描述，并結合平硐風化、卸荷情況進行取值。

(5) 對于同一段中存在多組優(yōu)勢裂隙，計算中首先針對不同組優(yōu)勢裂隙求出多個CSMR值，然后選取最小的CSMR值作為最終分級結果。

3.2.3 分類過程及結果

首先根據研究區(qū)的風化卸荷與巖體結構特征，沿平硐軸線分成若干段，同一區(qū)段巖石類型、強度、不連續(xù)面發(fā)育特征以及RQD等大致相同。

通過現場勘察以及室內試驗獲取CSMR分類所需要的參數值，按照表9進行右岸壩肩邊坡巖體質量分級，再結合野外的定性分級、RMR法和CSMR法，遵循以下原則，綜合得出巖體質量分級結果。

(1) 當三種分級結果一樣時，以這一結果為準。

(2) 當三種分級結果中只有兩種分級結果一致時，以這兩種分級結果為準。

(3) 當三種分級結果都不相同時，應根據野外地質特征，重新進行描述，綜合確定結果。

采用上述方法，對壩肩邊坡巖體質量進行分級所得結果見表10。

表10 右岸壩肩邊坡巖體質量分級結果

4 結論與建議

根據綜合分級結果，統(tǒng)計的右岸壩肩邊坡巖體質量分級見表11。綜合全文得出如下結論：

表11 右岸壩肩邊坡巖體質量分級

(1) 遼寧蒲石河抽水蓄能電站壩址區(qū)右岸壩肩邊坡巖體質量等級以Ⅱ級為主，Ⅱ級巖體所占比例為71%。這說明壩肩邊坡巖體的整體穩(wěn)定性較好，大部分處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) Ⅲ級巖體一般分布在邊坡淺表部位，約在平洞口至硐深10m范圍內。

(3) 由表10可知，Ⅱ級邊坡巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，Ⅲ級巖體則屬于局部穩(wěn)定狀態(tài)。由此可知：右岸壩肩邊坡的整體穩(wěn)定性較好，與野外的調查分析結果一致。

(4) 在平硐內，邊坡巖體質量隨著硐深的加深逐漸變好，表明邊坡穩(wěn)定程度逐漸提高。

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