某水電站壩基緩傾角裂隙抗滑穩(wěn)定概化模式

張丙先，曹道寧

（長江巖土工程總公司（武漢），武漢430010）

重力壩壩基抗滑穩(wěn)定是一個普遍而又重大的技術問題，緩傾結構面往往是構成重力壩壩基抗滑穩(wěn)定問題的重要條件，這里所指的緩傾結構面既包括軟弱結構面，也包括硬性結構面［1］。在關于壩基抗滑穩(wěn)定問題的相關工程實例報道中，絕大多數(shù)緩傾結構面為軟弱夾層、層間剪切帶、斷層等軟弱結構面［1-6］，涉及緩傾硬性結構面的工程實例見兩例：三峽壩基的長大緩傾角裂隙［7］和藏木水電站壩基緩傾角裂隙［8］。某水電站壩基巖體主要為花崗片麻巖，屬堅硬巖，呈塊狀結構，地質勘察時發(fā)現(xiàn)壩基巖體中緩傾角裂隙相對較發(fā)育，這些緩傾角裂隙既不是軟弱結構面，也沒達到三峽壩基中的長大緩傾角裂隙的規(guī)模，可供借鑒的經驗較少。由于壩址巖體露頭很少，查明緩傾角裂隙、分析其對壩基抗滑穩(wěn)定性的影響成為勘察工作中一個重要任務。經過探索，采用勘探平洞和鉆孔電視錄像獲得的資料，統(tǒng)計分析壩基巖體中緩傾角裂隙的基本特征、分布規(guī)律、發(fā)育程度、連通率，進而建立壩基抗滑穩(wěn)定計算概化模式，為壩基抗滑穩(wěn)定性計算評價提供依據，形成了一套完整的分析緩傾角裂隙對壩基抗滑穩(wěn)定性影響的技術路線，可供類似工程借鑒。

1 緩傾角裂隙基本特征

1.1 緩傾角裂隙統(tǒng)計范圍

壩基及其上下游各100m、 自建基面向下50m深度，共統(tǒng)計68個鉆孔電視錄像和9條勘探平洞揭示的緩傾角裂隙1317條。

1.2 緩傾角裂隙按走向分組

左岸主要發(fā)育NNE～NE，NEE，NWW，NNW 向4組；河床以NNE，NNW，NEE，NE向4組為主；右岸主要發(fā)育NNE，NWW，NW，NEE向4組，其中各部位走向NEE，NWW組緩傾角裂隙走向與壩軸線夾角≤30°。

1.3 緩傾角裂隙按傾角分類

傾角0°～10°占統(tǒng)計總數(shù)的8%；傾角10°～20°占統(tǒng)計總數(shù)的36%；傾角20°～30°占統(tǒng)計總數(shù)56%。

勘探平洞揭示的緩傾角裂隙跡長一般小于4m，以跡長1.0～3.0m居多。緩傾角裂隙面以平直粗糙為主，起伏粗糙次之。緩傾角裂隙多閉合，少量裂隙寬1～5mm，裂隙面附鐵錳質、鈣質薄膜或無充填，屬硬性結構面。壩基巖體緩傾角裂隙的典型照片如圖1。

圖1 壩基巖體緩傾角裂隙典型照片

2 緩傾角裂隙分布規(guī)律及發(fā)育程度

勘探平洞及鉆孔電視錄像資料顯示，巖體中緩傾角裂隙呈隨機分布，發(fā)育程度不均勻?？碧狡蕉粗芯弮A角裂隙統(tǒng)計分析，水平線密度為0.05～0.18條/m。鉆孔中緩傾角裂隙統(tǒng)計分析，豎直線密度平均值其左岸0.20條/m，右岸0.22條/m，河床溢流壩段0.53條/m。對于緩傾角裂隙，豎直方向的鉆孔揭示的線密度較符合實際情況。

本次以鉆孔中緩傾角裂隙豎直線密度作為緩傾角裂隙發(fā)育程度分區(qū)的指標［7］，對壩基建基面以下50m深度范圍緩傾角裂隙的發(fā)育程度進行分區(qū)，分區(qū)界限值分別取0.2，0.4條/m，即豎直線密度≥0.4條/m為緩傾角裂隙相對發(fā)育區(qū)，0.2條/m≤豎直線密度＜0.4條/m為緩傾角裂隙次發(fā)育區(qū)、 豎直線密度＜0.2條/m為緩傾角裂隙不發(fā)育區(qū)，如圖2。

圖2 壩基巖體緩傾角裂隙發(fā)育程度分區(qū)

由圖2可知，緩傾角裂隙：河床相對發(fā)育，右岸次發(fā)育，左岸不發(fā)育。

3 緩傾角裂隙連通率

3.1 實測剖面投影法

根據平洞實測地質資料，采用剖面投影法對勘探平洞揭示的緩傾角裂隙連通率進行測量［7］，投影距分別采用0.25m（基線兩側各0.25m）和0.50m（基線兩側各0.50m），將投影距范圍內所有實測緩傾角裂隙向測量基線上投影進行連通率計算。計算結果為0.25m投影距時，緩傾角裂隙連通率左岸10.4%～13.7%，右岸12.8%～17.7%；計算結果為0.50m投影距時，緩傾角裂隙連通率：左岸19.5%～24.8%，右岸20.4%～26.3%。

3.2 網絡模擬法

首先采用Monte-Carlo模擬技術生成緩傾角裂隙網絡，然后根據網絡模擬成果計算緩傾角裂隙的連通率。計算結果為0.25m投影距時，緩傾角裂隙連通率：左岸9.9%，河床18.9%，右岸15.8%；計算結果為0.5m投影距時，緩傾角裂隙連通率：左岸21.5%，河床27.1%，右岸25.4%。

4 壩基抗滑穩(wěn)定計算概化模式

4.1 緩傾角裂隙抗滑穩(wěn)定計算模式

壩基緩傾角裂隙呈隨機分布，將走向與壩軸線夾角≤30°的緩傾角裂隙視為壩基巖體抗滑穩(wěn)定優(yōu)勢結構面。按最不利原則，壩基緩傾角裂隙抗滑穩(wěn)定計算基本模式可概化為雙滑面型和單滑面型兩種（如圖3）。

圖3 壩基緩傾角裂隙抗滑穩(wěn)定基本模式

4.1.1 雙滑面型

壩基巖體分別發(fā)育傾向下游和傾向上游的兩組優(yōu)勢結構面，上游自壩踵開始，追蹤貫穿傾向下游的優(yōu)勢結構面至壩趾，與傾向上游的優(yōu)勢結構面形成滑動面。

4.1.2 單滑面型

壩基巖體發(fā)育傾向上游的優(yōu)勢結構面，傾向下游的優(yōu)勢結構面不發(fā)育，沿壩踵附近大致平行壩軸線的陡傾角結構面拉開，追蹤貫穿傾向上游的優(yōu)勢結構面于壩趾不遠處滑（剪）出。

建模過程： ①對各個壩段勘探平洞和鉆孔電視錄像揭示的緩傾角裂隙進行統(tǒng)計，分析優(yōu)勢結構面所占的比例，確定屬于雙滑面型、單滑面型或兩種模式均可能發(fā)生； ②對各個壩段的優(yōu)勢結構面進行統(tǒng)計，得出優(yōu)勢結構面的代表性產狀作為抗滑穩(wěn)定計算模式的滑動面的產狀； ③滑動面中緩傾角裂隙按連通率考慮，其余為巖橋。

典型壩段壩基緩傾角裂隙統(tǒng)計如表1。緩傾角裂隙連通率建議值取相應壩段或鄰近壩段計算成果最大值：其左岸壩段取24.8，河床壩段取27.1%，右岸壩段取26.3%。工程上，在巖體緩傾角結構面連通率取值時通常取所有緩傾角裂隙連通率的值，得到的深層抗滑穩(wěn)定模式是偏于安全的。

表1 典型壩段壩基緩傾角裂隙統(tǒng)計

4.2 側向切割條件分析

4.2.1 區(qū)域性斷裂（Ⅰ級結構面）

共2條，分布于14～18段壩基，走向5°～25°，總體傾向W，傾角72°～85°，斷層軟弱構造巖帶寬度分別為0～2.0m，1.7～2.8m，主要為碎粉巖、碎粒巖，多表現(xiàn)為泥化物，性狀差，構成所在部位壩基滑動的側向（順水流方向）切割條件。

4.2.2 斷層（Ⅳ級結構面）

走向近南北向（NNE，NNW組）的陡傾角斷層與壩軸線近垂直，構成壩基抗滑穩(wěn)定計算基本模式滑移的側向（順水流方向）切割條件。經統(tǒng)計可知，與壩軸線近垂直的陡傾角斷層：左岸壩段較發(fā)育，右岸壩段不甚發(fā)育。

4.2.3 陡傾角裂隙（Ⅴ級結構面）

走向近南北向（NNE，NNW組）的陡傾角裂隙與壩軸線近垂直，亦可構成壩基抗滑穩(wěn)定計算基本模式滑移的側向（順水流方向）切割條件。統(tǒng)計可知，走向與壩軸線（方向283°）近垂直的陡傾角裂隙，兩岸壩段均較發(fā)育。

4.3 抗滑穩(wěn)定計算參數(shù)

壩基建基巖體主要為微新狀花崗片麻巖。根據現(xiàn)場原位剪切試驗成果，壩基巖體與緩傾角裂隙的抗剪強度參數(shù)建議值： 花崗片麻巖摩擦系數(shù)為1.3～1.4，黏聚力1.40～1.60MPa； 緩傾角裂隙摩擦系數(shù)0.65～0.75，黏聚力0.20～0.25MPa。

需要說明的是，壩基緩傾角裂隙概化模式是在緩傾軟弱結構面不發(fā)育、 緩傾角裂隙作為主要滑動面的情況下得出的基本模式，壩基抗滑穩(wěn)定性需要結合庫水壓力、壩體自重等荷載進行綜合分析。

5 結語

（1）該水電站壩基巖體露頭很少，勘察手段采用勘探平洞和鉆孔電視錄像，統(tǒng)計分析壩基緩傾角裂隙的基本特征、分布規(guī)律、發(fā)育程度、連通率，作為壩基抗滑穩(wěn)定性分析和建模的依據。壩基緩傾角裂隙為硬性結構面，跡長一般小于4m，豎直線密度0.20～0.53條/m，0.50m投影距時實測緩傾角裂隙連通率19.5%～27.1%。

（2）緩傾角裂隙的基本特征、發(fā)育程度、連通率是影響壩基抗滑穩(wěn)定的主要內因，同時也應考慮庫水壓力、壩體自重等荷載的影響。將走向與壩軸線夾角≤30°的緩傾角裂隙視為壩基抗滑穩(wěn)定的優(yōu)勢結構面，概化為雙滑面、單滑面兩種基本模式。

（3）建模過程：首先對各個壩段緩傾角裂隙進行統(tǒng)計，分析優(yōu)勢結構面所占的比例，確定屬雙滑面型、單滑面型或兼有兩種模式；然后對各個壩段的優(yōu)勢結構面進行統(tǒng)計，得出優(yōu)勢結構面的代表性產狀作為滑動面；滑動面中緩傾角裂隙按連通率考慮，其余為巖橋。

（4）雖然分析成果需要施工階段的進一步驗證，但分析思路和建模過程可作為勘察階段進行預測分析的技術路線。