可可托海水電站崩塌災(zāi)害發(fā)育特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

，

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

可可托海水電站位于富蘊(yùn)縣東北24 km處的額爾齊斯河左岸，距鐵買克鄉(xiāng)政府直線距離約4.8 km，有842專用線及水電站新建的瀝青碎石道路可到達(dá)研究區(qū)，交通便利。本文以新疆富蘊(yùn)縣可可托海水電站4#崩塌危巖體為研究對(duì)象，在對(duì)研究區(qū)地形地貌、氣象水文、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件以及工程地質(zhì)條件等分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)研究成果[1-5]，對(duì)新疆富蘊(yùn)縣可可托海水電站4#崩塌危巖體的發(fā)育特征進(jìn)行了分析，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，進(jìn)而可以為后續(xù)治理措施的提出提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)孕災(zāi)環(huán)境分析

1.1 自然地理概況

研究區(qū)位于阿爾泰山脈的東段南麓，地形受北西向構(gòu)造的控制與影響，總體地勢(shì)上自西南向東北呈階梯狀依次降低。山脈走勢(shì)呈北北西—北西向的弧狀彎曲，海拔高度一般1 500～1 700 m，最高點(diǎn)位于研究區(qū)西南部，山體平均海拔1 600 m左右，山體多發(fā)育有北西、北東向沖溝，均為季節(jié)性沖溝，呈梳狀或樹(shù)枝狀垂直于山體延伸，區(qū)內(nèi)的額爾齊斯河谷底狹窄，河床寬25～80 m，河床縱剖面起伏不平，橫剖面多呈“V”型，谷底高程1 142～1 152 m，縱坡約2%。此外，根據(jù)富蘊(yùn)縣氣象站2006-2015年觀測(cè)資料，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫為4.7℃；區(qū)內(nèi)多年平均降水量199.0 mm，區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量1 309.92 mm。

1.2 地層巖性

研究區(qū)出露地層主要為志留系、第四系以及華力西期侵入的巖漿巖。其中第四系在研究區(qū)內(nèi)分布廣泛，堆積于基巖之上。主要分布于河床、沖溝、兩岸階地及岸坡，厚度變化大。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

研究區(qū)位于天山—興安褶皺區(qū)阿爾泰褶皺系克蘭地槽褶皺帶內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造形跡由喀納斯—可可托海地槽褶皺帶、克蘭地槽褶皺帶、額爾齊斯擠壓帶三大褶皺、擠壓帶和康布鐵堡斷裂、庫(kù)爾提斷裂、科沙哈拉爾斷裂、額爾齊斯河斷裂、可可托海--二臺(tái)斷裂等五大斷裂組成，構(gòu)造線方向主要為NWW向和NNW向。

工程區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活躍，其特點(diǎn)是以上升運(yùn)動(dòng)為主，本區(qū)屬于上升區(qū)。由于山體的強(qiáng)烈上升，額爾齊斯河的強(qiáng)烈下切，形成相對(duì)高差達(dá)數(shù)百米的陡峭地形，河谷兩岸地形陡峻，山崖遍布，崩積塊石比較發(fā)育，崩積巖堆到處可見(jiàn)，這些均是強(qiáng)烈上升區(qū)的表現(xiàn)。

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水、第四系松散巖類孔隙潛水。其中基巖裂隙水主要賦存運(yùn)移于構(gòu)造破碎帶和塊狀、層狀巖層裂隙中，地下水徑流通暢，交替強(qiáng)烈，礦化度低，水質(zhì)良好。含水層巖性以花崗巖、混合巖為主，富水性差，透水性極不均勻；而第四系松散巖類孔隙潛水主要分布于透水性強(qiáng)的河中，水量豐富，與河水屬同一水體，接受上游河水補(bǔ)給，以河谷潛流的形式排泄于下游。

1.5 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖(土)體的不同建造類型、結(jié)構(gòu)、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，將研究區(qū)內(nèi)出露的巖(土)體分為塊狀堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬花崗巖類巖組、塊狀堅(jiān)硬混合巖組以及碎石土單層土體等三類工程地質(zhì)巖組。

2 崩塌災(zāi)害發(fā)育特征分析

2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型及分布

研究區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害主要分布在研究區(qū)山體西側(cè)、海子口水電站至水庫(kù)大壩的簡(jiǎn)易便道西側(cè)。根據(jù)崩塌災(zāi)害所處的陡崖位置、威脅對(duì)象和崩塌坡向的不同，從東北向西南共劃分為9段崩塌(隱患)段，崩塌段內(nèi)共計(jì)分布有25個(gè)典型危巖體，除此之外，水庫(kù)大壩北側(cè)及二廠房一帶各分布有一處危巖體，研究區(qū)內(nèi)共計(jì)分布有27個(gè)典型危巖體，均為巖質(zhì)崩塌(隱患)。本文主要以4#危巖體為研究對(duì)象，對(duì)其發(fā)育特征和穩(wěn)定性進(jìn)行重點(diǎn)分析和評(píng)價(jià)。

在已發(fā)生崩塌落石的陡崖上仍然保留部分危巖體，巖體突兀，加之危巖體坡度多大于60°，臨空高差大，在降水及地震等外動(dòng)力條件影響下，易形成滑移式、傾倒式崩塌。根據(jù)《滑坡崩塌泥石流災(zāi)害調(diào)查規(guī)范(1:50 000)》(DZ/T0261-2014)中崩塌規(guī)模等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)崩塌災(zāi)害多為小型崩塌；根據(jù)崩塌分類及特征，判定研究區(qū)巖質(zhì)崩塌(隱患)主要以滑移式、傾倒式崩塌為主。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.2.1 崩塌段特征

3#和4#危巖體位于研究區(qū)職工生活區(qū)北側(cè)山體陡崖處，崩塌(隱患)段長(zhǎng)530 m，由于修路人工切坡造成前緣邊坡近乎直立，坡度多在80°左右，坡腳標(biāo)高1 112～1 122 m，坡頂標(biāo)高1 132～1 182 m，高差10～70 m，陡坡巖性石英閃長(zhǎng)巖，表層微風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育。該崩塌(隱患)段危巖體總體積190 m3。

2.2.2 危巖體特征

陡崖上存在著4#小型危巖體，危巖體位于陡坡的中上部，危巖體多似長(zhǎng)方體或塊體，受力于下部巖體的支撐，多發(fā)育為平行后緣的貫通性裂隙，或“X”狀裂隙，裂隙相互切割，結(jié)構(gòu)面呈張開(kāi)-半閉合狀，形成0.2～3 cm裂縫，裂隙長(zhǎng)度在1～4 m，多以無(wú)充填為主，后緣裂隙傾角較陡，裂隙深度可達(dá)5 m；部分接觸部位已形成臨空面，在融凍、降雨入滲和地震作用等外力的影響下，易產(chǎn)生崩塌災(zāi)害，主要危威脅水電站上下班的職工、以及周邊牧民的牲畜和通往電站的輸變線路。

該危巖體長(zhǎng)、寬、厚分別為8 m、2.5 m和2 m，體積40 m3。發(fā)育三組裂隙結(jié)構(gòu)面：第一組產(chǎn)狀為208°∠19°，與邊坡坡向近似垂直，間距0.7～1.5 m，裂縫寬為0.2 cm，無(wú)充填；第二組裂隙產(chǎn)狀306°∠77°，與邊坡坡向近似平行，間距1.5 m，裂縫寬一般為0.5 cm，無(wú)充填；第三組產(chǎn)狀40°∠13°，與邊坡坡向斜交，間距1.3 m，裂縫寬一般為2 cm，無(wú)充填。

3 崩塌災(zāi)害穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.1 計(jì)算模型的選取

本文主要研究區(qū)4#危巖體為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。該危巖體破壞模式為傾倒式。傾倒式破壞計(jì)算采用《巖土勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)》與《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)中推薦的計(jì)算模型進(jìn)行分析。4#危巖體傾倒式破壞模型如圖1所示。

圖1 4#危巖體傾倒式破壞模型圖

3.2 穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式

傾倒式崩塌的基本圖式如圖2(a)所示。不穩(wěn)定巖體的上下各部分和穩(wěn)定巖體之間均有裂隙分開(kāi)，一旦發(fā)生傾倒，將以A點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，檢算時(shí)應(yīng)考慮各種附加力的最不利組合。在雨季張開(kāi)的裂隙可能為暴雨充滿，應(yīng)考慮靜水壓力；Ⅶ度以上地震區(qū)，應(yīng)考慮水平地震力作用。受力圖式見(jiàn)圖2(b)所示，如不考慮其他力，則崩塌體的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K可按下式計(jì)算：

(1)

由以上說(shuō)明，整理公式(1)得：

(2)

圖2 傾倒式崩塌受力示意圖

3.3 計(jì)算工況

在對(duì)研究區(qū)滑坡影響因素分析的基礎(chǔ)上，影響崩塌形成的主導(dǎo)因素包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素，地形地貌條件做為主導(dǎo)因素之一，是危巖體產(chǎn)生崩塌災(zāi)害的主要影響因素。誘發(fā)因素包括降水和融雪、地震及人類工程活動(dòng)等因素，降雨、融雪及融凍、地震作用為研究區(qū)內(nèi)危巖體產(chǎn)生崩塌的主要誘發(fā)因素。因此，本次傾倒式破壞計(jì)算時(shí)，按《工程地質(zhì)手冊(cè)》推薦方法，考慮各種附加力的最不利組合，即靜水壓力+水平地震力。

3.4 計(jì)算參數(shù)

(1) 研究區(qū)內(nèi)組成陡崖巖性主要為塊狀構(gòu)造的細(xì)-中?；◢弾r和石英閃長(zhǎng)巖，根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)報(bào)告及收集試驗(yàn)成果，研究區(qū)內(nèi)各巖性物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

(2)地震力。研究區(qū)地震烈度Ⅷ，地震加速度為0.20g，依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)中表5.2.6，水平地震系數(shù)為k=0.050。

(3)靜水壓力。研究區(qū)多年平降水量189.6 mm，最大降水量為235.5 mm，降雨量較為集中，應(yīng)進(jìn)行靜水壓力計(jì)算。對(duì)于危巖體后緣存在陡傾裂隙的危巖體，其裂隙充水高度在暴雨時(shí)等于裂隙深度，并以此計(jì)算靜水壓力。

(4)h為巖體高，取值4.22 m；h0為水位高，取值為4.22 m(暴雨時(shí))，F(xiàn)為水平地震力，取值3.55 kN；a為轉(zhuǎn)點(diǎn)A至重力延長(zhǎng)線的垂直距離，取值為1.66 m；W為崩塌體重力，取值為71 kN。

3.5 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)穩(wěn)定性劃分標(biāo)準(zhǔn)，綜合確定穩(wěn)定性劃分標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定系數(shù)Fs≥1.15為穩(wěn)定，1.15>Fs≥1.05基本穩(wěn)定，1.05>Fs≥1.0為欠穩(wěn)定，F(xiàn)s<1.0為不穩(wěn)定。在上述計(jì)算工況和巖土力學(xué)參數(shù)選擇的基礎(chǔ)上，對(duì)4#危巖體穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，其穩(wěn)定性系數(shù)Fs=0.888，則評(píng)價(jià)為不穩(wěn)定。

表1 研究區(qū)巖性物理力學(xué)參數(shù)表

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)內(nèi)共計(jì)分布有27個(gè)典型危巖體，均為巖質(zhì)崩塌(隱患)，主要分布在研究區(qū)山體西側(cè)、海子口水電站至水庫(kù)大壩的簡(jiǎn)易便道西側(cè)。

(2)4#危巖體位于陡坡的中上部，危巖體多似長(zhǎng)方體或塊體，裂隙相互切割，結(jié)構(gòu)面呈張開(kāi)-半閉合狀，主要危威脅水電站上下班的職工、以及周邊牧民的牲畜和通往電站的輸變線路。

(3)通過(guò)穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)分析，研究區(qū)4#危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)Fs=0.888，評(píng)價(jià)為不穩(wěn)定，需要進(jìn)行進(jìn)一步的治理。