將軍巖危巖體穩(wěn)定性研究

樊 敏，鄭密密，趙龍輝

（1.貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550002；2.貴州民族大學(xué)，貴陽 550002）

1 工程概況

某擬建水庫位于排坡河上，大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程420.0m，最大壩高64.0m，正常蓄水位414.0m，該工程是一座以供水、灌溉為主的綜合性中型水利工程。將軍巖危巖體位于擬建壩址右岸，穩(wěn)定性問題相對較為突出，失穩(wěn)破壞將對擬建水庫產(chǎn)生不可估量的后果，因此，本文在現(xiàn)場勘察的基礎(chǔ)上，通過極限平衡原理對將軍巖危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。

2 壩址區(qū)基本工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

壩址河谷為不對稱址河型橫向河谷，總體發(fā)育方向S40河谷，較順直，河床高程363.1～366.5m，階地不發(fā)育，發(fā)育河漫灘。壩址右岸地形較陡50°～82°，左岸地形變化較大，在389～405m高程以下地形坡度45°，以上地形坡度10°～20°。 將軍巖位于壩址右岸，整體呈橢圓形，頂部高程476.0m，底部高程380.0m，總方量5520m3。460.0m高程以上將軍巖四周臨空，460.0m高程以下除北西側(cè)（靠右岸山體）外，皆為懸崖，將軍巖頂部高出與北西方山體間的埡口（埡口高程460.0m）16.0m，埡口底部寬6.0m，埡口沿構(gòu)造裂隙發(fā)育而成，460.0m高程上巖柱寬23.0m，長45.0m。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)出露地層有第四系（Q）和寒武系（∈）地層。

2.2.1 第四系沖洪積堆積層（Qal+pl）

主要分布于河床，根據(jù)鉆探及物探揭露，為砂卵石層，夾少量塊石，分布不均一，結(jié)構(gòu)松散，厚3.5～8.1m。

2.2.2 第四系殘坡積堆積層（Qel+dl）

主要分布于壩址兩岸緩坡地帶，根據(jù)鉆探及物探揭露，為黃色黏土夾碎石及少量塊石，碎石及少量塊石含量約10%，成分為白云巖，厚0～5.5m。

2.2.3 寒武系上統(tǒng)追屯組（∈3z）

主要為淺灰、灰白色中厚層白云巖，間夾晶洞狀白云巖。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

2.3.1 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為32°～38°∠15°～25°，研究區(qū)發(fā)育斷層F1。 斷層F1為逆斷層，呈壓性，產(chǎn)狀N63層，SE∠653，沿河床右岸邊順河床發(fā)育，延伸長度約0.1km，根據(jù)鉆孔資料揭露，斷層角巖垂直厚11.2m，成分為淺灰色白云巖，大部分角礫棱角清楚，少量呈渾圓狀，膠結(jié)良好，膠結(jié)物成分以乳白色白云石和灰白色微帶肉紅色白云石為主，其次有鐵質(zhì)等，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。

2.3.2 地震

根據(jù)GB18306—2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，查《中國地震動(dòng)反應(yīng)特征周期區(qū)劃圖》地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，對應(yīng)地震基本烈度小于6°，且無近晚期活動(dòng)斷層分布，無晚近期地震活動(dòng)，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

2.4 風(fēng)化卸荷及溶蝕裂隙

2.4.1 風(fēng)化卸荷

白云巖抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，但隱裂隙較發(fā)育，風(fēng)化作用主要沿裂隙帶進(jìn)行，對危巖體形成和穩(wěn)定影響較大的為淺表層卸荷帶，特別是表層強(qiáng)卸荷帶。

2.4.2 溶蝕裂隙

通過地表測繪，主要發(fā)育3組裂隙：

（1）128°～132°∠76°～832°，發(fā)育間距3～15m，延伸長度42～122m，切割深度5～20m，裂隙面大部分閉合，局部充填白云巖砂及碎石。

（2）20°～29°∠75°～80°，發(fā)育間距2～7m，切割深度5～8m，裂隙面多閉合。

（3）40°～50°∠60°～70°，裂隙面多閉合。

分析表明，坡體表層的溶蝕裂隙和巖層層面為危巖體的失穩(wěn)控制邊界。

2.5 巖溶水文地質(zhì)條件

2.5.1 巖溶

研究區(qū)為碳酸鹽區(qū)，巖溶主要為溶孔、地表溶溝溶槽，未發(fā)現(xiàn)較大溶蝕空腔、巖溶洞穴、溶蝕管道等。巖溶發(fā)育方向主要受巖性及構(gòu)造的控制。

2.5.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)的水文地質(zhì)特征和地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性分布與地貌形態(tài)等有著密切關(guān)系。依據(jù)地下水在地層中的富集形式，將地下水分為碳酸鹽巖類裂隙溶洞水及松散巖類孔隙水兩種類型。

（1）碳酸鹽巖類裂隙溶洞水，主要含水地層為寒武系上統(tǒng)追屯組（∈3z），巖性以白云巖為主，富水性強(qiáng)，地下水賦存和運(yùn)移以溶蝕裂隙、管道及洞穴為主。

（2）松散巖類孔隙水主要賦存于第四系各類松散堆積層中，含水貧乏，枯季一般地下水流量0.05～0.8L/s。

地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，大氣降水的平均滲入系數(shù)0.31，其補(bǔ)給方式多為大氣降水通過溶蝕裂隙、洼地、落水洞等巖溶通道匯入地下。

排坡河為研究區(qū)范圍內(nèi)等最低地下水的排泄基準(zhǔn)面。壩址右岸兩埡口布置了ZK18，ZK19鉆孔，通過地下水位觀測，ZK18孔內(nèi)地下水位42.3m （高程389.1m），ZK19孔內(nèi)地下水位47.7m（高程392.4m），其對應(yīng)水力坡11.8%～33.0%。

3 危巖體穩(wěn)定性分析

危巖是由多組巖體結(jié)構(gòu)面切割并位于陡崖或陡坡上穩(wěn)定性較差的巖石塊體及其組合，是產(chǎn)生崩塌災(zāi)害的初始物質(zhì)條件[1-2]。據(jù)現(xiàn)場勘察，將軍巖與北西方山體間的埡口受裂隙切割，切割底部高程450m，因此，將軍巖450m高程以上相當(dāng)于裂隙和巖體層面切割的孤立巖體，巖層產(chǎn)狀傾上游偏右岸，傾角較緩，上游為臨空面，巖體在裂隙和巖體層面的組合下，可能沿層面發(fā)生滑塌式失穩(wěn)，這種失穩(wěn)模式為滑塌式危巖失穩(wěn)模式。

危巖體的穩(wěn)定性評價(jià)方法較多，如塊體理論、極限平衡法、數(shù)值計(jì)算等。本文采用極限平衡原理計(jì)算危巖體的穩(wěn)定性[3]。

3.1 計(jì)算工況

危巖體的穩(wěn)定性計(jì)算，需要考慮降雨、地震等因素。

（1）工況1：自重+孔隙水壓力（天然）。

（2）工況2：自重+孔隙水壓力（暴雨）。

（3）工況3：自重+孔隙水壓力（天然）+地震力。

研究區(qū)地震基本烈度小于6°，且無近晚期活動(dòng)斷層分布，無晚近期地震活動(dòng)，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好，本工程不考慮工況3。

計(jì)算中只考慮靜水壓力。天然狀態(tài)取1/3孔隙水柱高，暴雨期間取2/3孔隙水柱高。

3.2 計(jì)算方法

（1）工況1

孔隙水壓力按式（1）計(jì)算：

穩(wěn)定性系數(shù)為：

（2）工況2

孔隙水壓力按公式（2）：

穩(wěn)定性系數(shù)為：

式中 W為單位長度危巖體重力 （kN）；H為危巖體高度（m）；β 為破裂面傾角（°）；c，φ 分別為破裂面的等效黏聚力（kPa）和內(nèi)摩察角（°）；e為孔隙深度（m）；Q為孔隙中靜水壓力（kN）；γw為水的重度（kN/m3）。

3.3 計(jì)算結(jié)果

將軍巖穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)如表1，危巖穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表1 將軍巖穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

表2 危巖穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

通過計(jì)算，工況1穩(wěn)定性系數(shù)為1.28，工況2穩(wěn)定性系數(shù)為1.25，參照表2危巖穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將軍巖上部巖體（450m高程以上）處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。因此，將軍巖上部巖體（450m高程以上）對大壩的安全運(yùn)行存在威脅，需采取一定的工程措施。

4 處理措施

將軍巖頂部高出與北西方山體間的埡口高程460.0m（裂隙切割至450m高程），埡口寬5.6m，巖層傾向山內(nèi)，為緩傾角逆向坡，但東北側(cè)為視順向坡，裂隙和巖層層面的組合，通過分析采取如下措施。

4.1 450m高程以上危巖體

將軍巖在450m高程以上為基本穩(wěn)定的危巖體，為了大壩安全，建議對450m高程以上的危巖體作清除處理，危巖體分兩級開挖，一級開挖至高程456m，開挖后平臺寬9.5m，開挖坡比1∶0.25，另一級開挖至高程450m，開挖后平臺寬16m，清除巖體部分可用于建壩砂石料的原材料，開挖方量1.8萬m3。

4.2 450m高程以下危巖體

將軍巖在450m高程以下基礎(chǔ)與山體為整體結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性較好。

5 結(jié)語

（1）危巖體一般位于高陡邊坡的淺表部，風(fēng)化卸荷嚴(yán)重，規(guī)模小而形體不規(guī)則[4]。對于危巖體深部主控裂隙面的貫通性、張閉情況、填充情況、含水及滲水性能難于準(zhǔn)確量化，尚有大量工作需要研究[5]。

（2）通過現(xiàn)場勘察，分析了壩址右岸將軍巖危巖體的地質(zhì)發(fā)育特征，對其危巖體類型及失穩(wěn)模式進(jìn)行分析判斷，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對將軍巖危巖體提出了處理措施，為同類工程提供些許參考。