考慮巖體劣化的庫(kù)岸典型危巖體破壞過程與長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析

陳云飛張 鵬黃波林秦盼盼李秋旺

1.三峽大學(xué)防災(zāi)減災(zāi)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 宜昌 443002;

2.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院,湖北 宜昌 443002

0 引言

三峽庫(kù)區(qū)自2008年蓄水以來,庫(kù)水位長(zhǎng)期在高程145～175 m間波動(dòng),形成了高差30 m的水位變動(dòng)帶(Yin et al.,2016),即岸坡消落帶。岸坡消落帶的巖土體長(zhǎng)期處于“飽水-風(fēng)干”的化學(xué)-水-應(yīng)力耦合作用中(湯連生等,2002a,2002b;劉新榮等,2009;Dochez et al., 2014),受到極大損傷,從而產(chǎn)生了巖體劣化現(xiàn)象。庫(kù)水位周期變動(dòng)導(dǎo)致了巖體結(jié)構(gòu)碎裂化、巖體強(qiáng)度持續(xù)下降,加速了岸坡巖體劣化與變形破壞的演化進(jìn)程,影響了危巖體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,如箭穿洞危巖體(張枝華等,2018)和冠木嶺危巖體(胡劉洋等,2022)。危巖體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性往往取決于巖體的強(qiáng)度參數(shù),因此部分學(xué)者通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式,對(duì)庫(kù)水位變動(dòng)范圍內(nèi)的巖體展開研究,如鄧華鋒等(2021)研究了泥質(zhì)粉砂巖和砂巖在干濕循環(huán)作用后的強(qiáng)度變化規(guī)律;楊何等(2020)和Zhang et al.(2021)通過室內(nèi)試驗(yàn)獲取了泥灰?guī)r、灰?guī)r在干濕循環(huán)后的物理力學(xué)參數(shù)。研究表明,隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加,巖體強(qiáng)度指標(biāo)逐漸降低,且表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性(傅晏等,2010;黃波林等;2019;孟偉超,2021;胡明軍等,2021;周濟(jì)芳,2021;任意等,2022),如胡明軍等(2021)選取巫峽碳酸鹽巖岸坡進(jìn)行原位試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合,得出巫峽段碳酸鹽巖巖石在50次干濕循環(huán)后巖體強(qiáng)度弱化率為16.4%～23.9%;黃波林等(2019)選取巫山典型岸坡灰?guī)r試樣進(jìn)行浸泡-風(fēng)干循環(huán)試驗(yàn),得出其物理力學(xué)參數(shù)平均每循環(huán)下降率約為 0.7%。

基于巖體劣化規(guī)律,通過數(shù)值模擬的方式,可更為便捷地研究危巖體的破壞過程(黃波林等,2020)與長(zhǎng)期穩(wěn)定性(王如賓等,2014;鄧成進(jìn)等,2015;羅雲(yún)豐,2015;張景昱等,2017;劉康琦等,2020;閆金凱等,2020;閆國(guó)強(qiáng)等;2021)。鄧成進(jìn)等(2015)基于巖體RMR法推算出巖體“浸泡-風(fēng)干”循環(huán)演化過程的參數(shù)變化,利用FLAC3D對(duì)典型擠壓-推移-剪切破壞類型的順層滑坡進(jìn)行破壞過程與長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析。羅雲(yún)豐(2015)基于GeoStudio的Seep和Sigma板塊,對(duì)陡傾傾倒式岸坡進(jìn)行流固耦合分析,得出其在庫(kù)水長(zhǎng)期作用下的穩(wěn)定性結(jié)果。張景昱等(2017)考慮庫(kù)水長(zhǎng)期作用下的水-巖劣化效應(yīng),建立了巖體強(qiáng)度劣化模型,對(duì)典型邊坡進(jìn)行了長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析。閆金凱等(2020)基于GeoStudio軟件,研究了在降雨條件下裂隙坡體中暫態(tài)非飽和滲流場(chǎng)的變化與斜坡穩(wěn)定性的影響關(guān)系。閆國(guó)強(qiáng)等(2021)以青石6號(hào)坡為例計(jì)算了其在巖體劣化影響下的穩(wěn)定性。

上述研究大多沒有考慮到惡劣工況對(duì)危巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響,因此,文章以三峽庫(kù)區(qū)巫峽板壁巖危巖體為研究對(duì)象,以偽時(shí)間步的方式對(duì)巖體強(qiáng)度進(jìn)行折減,并分別展開自然工況、巖體劣化工況及強(qiáng)降雨工況條件下的危巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析,為三峽庫(kù)區(qū)板壁巖及類似危巖體的防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考。

1 板壁巖危巖體概況

1.1 工程地質(zhì)條件

板壁巖危巖體位于重慶市巫山縣培石鄉(xiāng),距抱龍河口約2.8 km,發(fā)育于三峽庫(kù)區(qū)巫峽南側(cè)臨江陡崖面。交通主要靠水運(yùn),長(zhǎng)江航道在岸坡坡腳呈東西向穿過(圖1)。

圖1 巫山板壁巖危巖體位置圖Fig.1 Location map of the Banbiyan dangerous rock mass

板壁巖危巖體臨江側(cè)地形為陡崖,總體傾向北,東西走向,位于青石背斜南翼近核部,屬中低山峽谷地貌。利用多波速水下測(cè)量對(duì)水下地形進(jìn)行掃描分析,板壁巖水下岸坡高程88.50～109.67 m至145 m水崖線區(qū)域?yàn)槎秆碌孛?傾角約75°～85°;88.50～109.67 m至江底為30°～60°的斜坡地貌,局部呈陡坎狀地形。

岸坡受地貌、地質(zhì)構(gòu)造及巖體卸荷共同影響,臨江面陡崖區(qū)主要形成多條比較明顯的破碎帶(圖2)。其中,基座破碎帶Ⅰ處于175 m水位以上,上下面未發(fā)育成貫通裂縫,且無其他明顯變形破壞跡象,對(duì)危巖體整體穩(wěn)定性影響相對(duì)較小?；扑閹Б颉鲩L(zhǎng)期處于消落帶上,局部可見泥質(zhì)條帶及團(tuán)塊分布,部分巖體呈碎塊狀,塊徑約8～65 cm不等;局部巖塊崩落入江,形成小巖腔,不利于巖體穩(wěn)定。

圖2 板壁巖危巖體破碎帶及裂隙分布圖Fig.2 Map showing the fracture zones and fissures in the Banbiyan unstable rock mass

岸坡中后部主要由三疊系嘉陵江組三段T1j3的泥質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r組成;岸坡中前部主要由三疊系嘉陵江組二段T1j2的灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r組成。岸坡前緣臨江面危巖帶分布區(qū)主要為三疊系嘉陵江組二段T1j2的薄—中厚層灰?guī)r。板壁巖岸坡巖層產(chǎn)狀145°～195°∠2°～24°,為反向巖質(zhì)岸坡。危巖體主崩方向與陡崖傾向基本一致,約345°(圖3)。

圖3 板壁巖危巖體工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 Engineering geological profile of the Banbiyan unstable rock mass

頂部主要發(fā)育兩組構(gòu)造裂隙70°～90°∠68°～88°和320°～355°∠60°～85°,其延伸長(zhǎng)度較長(zhǎng),貫通性較好,與破碎帶共同作用,將岸坡切割成3個(gè)主要危巖體,其中W1方量最大(圖2,表1)。

表1 板壁巖單體危巖體特征表Table 1 Characteristics of the Banbiyan unstable rock mass

巖體力學(xué)性質(zhì)影響和控制著危巖體的穩(wěn)定性和變形破壞方式,對(duì)代表性地質(zhì)單元和控制性層位進(jìn)行相應(yīng)的不同內(nèi)容的物理力學(xué)試驗(yàn),求得危巖區(qū)灰?guī)r巖體物理力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值(表2)。

表2 板壁巖危巖體灰?guī)r物理力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值Table 2 Standard values of physical and mechanical indexes of the limestone from the Banbiyan unstable rock mass

1.2 水文地質(zhì)條件

板壁巖危巖體主要為嘉陵江組灰?guī)r,屬碳酸鹽巖,其地下水主要為裂隙巖溶水,靠長(zhǎng)江及大氣降雨補(bǔ)給,水位受到長(zhǎng)江水位變動(dòng)的影響;其構(gòu)造裂隙較發(fā)育,且貫通性好,有利于地下水的補(bǔ)給、逕流和排泄,但在侵蝕基準(zhǔn)面以下不利于地下水的儲(chǔ)存,賦水性差;其地形坡度陡,降雨時(shí),大部分雨水迅速向危巖體左右邊界沖溝匯集后向長(zhǎng)江排泄,少部分雨水沿基巖的的裂隙下滲,順裂隙通道向長(zhǎng)江徑流排泄。板壁巖危巖體頂部裂縫、側(cè)邊界裂縫和基座均未見泉點(diǎn)或暗河,只是臨江面崖壁局部有滴水痕跡和石灰化等鈣化現(xiàn)象,局部發(fā)育有0.1～1.5 m的溶蝕孔洞及小的溶蝕裂隙。

2 板壁巖危巖體變形特征

板壁巖W1危巖體,受多條構(gòu)造破碎帶切割,邊界清晰,研究其變形特征非常重要。根據(jù)瞬變電磁物探測(cè)線法得出的物探測(cè)試結(jié)果顯示(圖4),危巖體所在岸坡裂縫發(fā)育程度較高,裂縫在巖體內(nèi)部延伸程度較好。W1危巖體頂部主控裂隙為一條張開大裂縫LF,產(chǎn)狀340°～350°∠82°～87°,縱向貫通性好,最大貫通長(zhǎng)度約78.8 m,張開度6～65 cm,切割深度約60～90 m。

圖4 瞬變電磁物探剖面圖Fig.4 Transient electromagnetic geophysical profile

LF裂縫在上下游邊界均有出露(圖5)。下游側(cè)的產(chǎn)狀為318°∠86°,張開度35～65 cm,可見深度4～6 m,向上游方向貫通且呈閉合收斂趨勢(shì),裂面較平整,局部可見早期溶蝕跡象,裂縫多由塊石充填;上游測(cè)的產(chǎn)狀為355°∠63°,張開度2～10 cm,可見深度0.5～1.2 m,局部塊石充填。

圖5 W1危巖體邊界Fig.5 Boundary of the W1 unstable rock mass

W1危巖體中部貫通裂縫,產(chǎn)狀32°∠71°,張開度4～23 cm,該裂縫上貫穿至危巖頂部,下與破碎帶相連,將W1危巖體切割成上、下游兩處危巖單體。上游基座破碎帶Ⅱ延伸至155 m處,與破碎帶Ⅲ相連,相對(duì)其余破碎帶較完整,發(fā)育程度不高,僅局部呈碎塊狀(圖6a);下游側(cè)基座破碎帶Ⅴ、Ⅵ局部演化出向上延展的裂縫,可見“流線型”褶曲,壓彎現(xiàn)象比較明顯(圖6b)。

圖6 基座破碎帶特征照片F(xiàn)ig.6 Field photos showing the features of the foundational fracture zones

板壁巖危巖體底部緣消落帶巖體受構(gòu)造、風(fēng)化及庫(kù)水位影響,巖體劣化強(qiáng)烈,裂縫發(fā)育。根據(jù)崖壁面裂隙統(tǒng)計(jì)分析,消落帶巖體裂縫發(fā)育線密度為1.11條/10 m,面密度為0.37條/100 m2;消落帶以上巖體裂縫發(fā)育線密度為0.79條/10 m,面密度為0.15條/100 m2(圖2)。消落帶巖體裂縫發(fā)育程度高于消落帶以上巖體區(qū)域,表明在周期性庫(kù)水變動(dòng)下,消落帶巖體劣化加劇,基座巖體強(qiáng)度持續(xù)降低,板壁巖危巖體有可能進(jìn)一步發(fā)生破壞。因此,分析板壁巖危巖體的破壞過程與長(zhǎng)期穩(wěn)定性具有重要意義。

3 板壁巖危巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析

3.1 數(shù)值模型的構(gòu)建

根據(jù)板壁巖危巖體的工程地質(zhì)剖面,構(gòu)建二維數(shù)值模型(圖7)。模型主要由基巖巖體、頂部主控裂縫、3條破碎帶與3個(gè)塊體4個(gè)部分組成;模型網(wǎng)格為非均勻三角單元,共有633個(gè)單元,1090個(gè)網(wǎng)格;左邊界只約束x方向位移,底邊界約束x和y方向位移;在有強(qiáng)降雨的條件下,頂部主控裂縫額外增加梯度水壓力的邊界條件;其單元采用Morh-Coulomb本構(gòu)。

圖7 板壁巖危巖體連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模型Fig.7 Continuous-discontinuous numerical model for the Banbiyan unstable rock mass

強(qiáng)降雨采用1/2裂隙充水的靜水壓力方式實(shí)現(xiàn)(劉才華等,2005;胡其志等,2010),最大靜水壓力為0.4 MPa,壓力呈三角形垂直裂隙分布;巖體劣化強(qiáng)度參照黃波林等 (2019)的研究成果,取灰?guī)r平均每次水文年后力學(xué)強(qiáng)度下降約0.75%。板壁巖巖體、結(jié)構(gòu)面的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)選取見表2。

根據(jù)板壁巖危巖體的實(shí)際情況,參考三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部(2014)的基本計(jì)算工況,選取板壁巖危巖體計(jì)算工況3組(表3),每個(gè)小劣化工況均計(jì)算15個(gè)子工況,每一個(gè)子工況代表4個(gè)水文年,巖體強(qiáng)度下降3%。

表3 板壁巖危巖體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算工況Table 3 Working conditions for calculating the stability coefficient of the Banbiyan unstable rock mass

3.2 數(shù)值模擬及長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析

通過數(shù)值模擬,利用抗剪強(qiáng)度折減法分析板壁巖危巖體在不同工況下的破壞過程與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

3.2.1 工況1:自然工況

由工況1-1條件計(jì)算可得,板壁巖危巖體主要沿著破碎帶Ⅲ發(fā)生位移,整體呈現(xiàn)向下擠壓再沿滑移面向前滑移的趨勢(shì),在破碎帶Ⅱ附近位移相對(duì)較大,最大位移為0.019 m(圖8a);在破碎帶Ⅲ與中部裂縫轉(zhuǎn)角的鎖固點(diǎn)附近有比較集中的剪應(yīng)力和拉應(yīng)力。

工況1-2在工況1-1的基礎(chǔ)之上增加30 m水位,整體位移趨勢(shì)未發(fā)生變化,但其最大位移量增加。

工況1-3在工況1-2的基礎(chǔ)上疊加了強(qiáng)降雨,最大位移量進(jìn)一步增加,為0.035 m(圖8a);危巖體頂部變形趨勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w沿滑移面方向變形,且上部整體位移大于下部;屈服單元向破碎帶Ⅲ鎖固點(diǎn)附近集中,屈服面積相對(duì)前兩個(gè)工況略有增加。

圖8 位移及屈服單元云圖Fig.8 Cloud diagram showing the displacement and yield element

由工況1可知,高水位對(duì)板壁巖危巖體的影響略大于低水位,強(qiáng)降雨進(jìn)一步加劇其變形破壞,破壞模式基本一致。從屈服單元和位移兩個(gè)角度來看,危巖體整體傾角較陡,在高自重應(yīng)力作用下,有向下擠壓變形的趨勢(shì);中部鎖固段處拉應(yīng)力集中且不斷生成與滑移面近于垂直的拉張裂縫,底部破碎帶不斷受壓剪作用,可能會(huì)與頂部裂縫貫通,從而形成滑移-剪切的破壞模式。

3.2.2 工況2:庫(kù)水+巖體劣化工況

工況2-1,從位移、屈服單元、穩(wěn)定性系數(shù)三個(gè)方面,觀察消落帶巖體強(qiáng)度劣化對(duì)板壁巖危巖體的影響,經(jīng)過約60個(gè)水文年,其最大位移由18 mm增加到500 mm,并且位移集中在危巖體中下部(圖8b);其早期拉、剪應(yīng)力分布于頂部裂縫和基座破碎帶Ⅲ,隨著巖體劣化程度加劇,拉、剪應(yīng)力逐步向上擴(kuò)展,使得破碎帶Ⅱ與破碎帶Ⅲ之間的整個(gè)區(qū)域都受到拉、剪應(yīng)力作用。

從圖9工況2-1的塑性區(qū)分布過程來看,早期塑性屈服單元主要分布于中部鎖固段附近,且屈服單元較少;中期逐步向底部破碎帶Ⅲ延伸,形成一個(gè)相互貫通的屈服帶,沿裂縫區(qū)域屈服程度相對(duì)較高;后期屈服單元逐步向破碎帶Ⅱ與破碎帶Ⅲ之間的整個(gè)區(qū)域擴(kuò)展延伸,且屈服程度逐步加深,使整個(gè)危巖體屈服失穩(wěn)。

圖9 塑性區(qū)分布過程圖(工況2-1)Fig.9 Diagram showing the extension of the plastic zone (Under working condition 2-1)

通過最大剪應(yīng)變和塑性區(qū)分布以及抗剪強(qiáng)度折減法判斷工況2中各子工況的危巖體整體穩(wěn)定性系數(shù)(圖10)。長(zhǎng)期周期性庫(kù)水變動(dòng),導(dǎo)致其整體穩(wěn)定性系數(shù)呈直線下降趨勢(shì),50個(gè)循環(huán)周期后將達(dá)到臨界破壞階段;危巖體前期整體變形緩慢,當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí),變形加快,最大位移加倍增長(zhǎng),危險(xiǎn)性極大。

圖10 工況2穩(wěn)定性系數(shù)與最大位移量隨時(shí)間的關(guān)系Fig.10 Stability coefficient versus maximum displacement as a function of time under working condition 2

由工況2得知,板壁巖危巖體早期應(yīng)力集中在中部鎖固段處,導(dǎo)致早期最先發(fā)生屈服的區(qū)域也在此處,隨著劣化時(shí)間的推進(jìn),其屈服單元不斷向頂部的開張裂縫及基座破碎帶Ⅲ延伸;早期危巖體整體有向下后發(fā)生位移的趨勢(shì),最大位移區(qū)呈現(xiàn)圓弧狀,隨著巖體劣化的不斷加劇,其變形進(jìn)入累進(jìn)性破壞階段,其最大位移由早期的30 mm左右逐步升至700 mm,形成頂、中部拉裂,底部滑移的滑移-剪切破壞模式。且由圖10可見,當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)低于1.40時(shí),其最大位移將發(fā)生較大突變,隨著巖體劣化繼續(xù)加劇,最大位移量也持續(xù)發(fā)生較大變化,表明當(dāng)危巖體整體穩(wěn)定性低于1.40時(shí),板壁巖危巖體處于亞失穩(wěn)狀態(tài)。

3.2.3 工況3:庫(kù)水+強(qiáng)降雨+巖體劣化工況

由于裂隙充水實(shí)際發(fā)生在危巖體的中部,且作用方式是垂直作用于裂隙面,因此增加了危巖體的向臨空面的水平推力,有利于危巖體沿破碎帶發(fā)生滑移變形。強(qiáng)降雨形成的壓力導(dǎo)致危巖體水平位移進(jìn)一步增加,早期中部屈服單元也相對(duì)工況2向下挪動(dòng),而底部基座破碎帶處屈服區(qū)沒有發(fā)生明顯變化(圖11)。在劣化疊加持續(xù)暴雨的進(jìn)程中,強(qiáng)降雨的作用導(dǎo)致危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)一步變差,危巖體發(fā)生大變形的突發(fā)性增加(圖12)。

圖11 位移及屈服單元云圖Fig.11 Cloud diagram showing the displacement and yield element

圖12 工況3穩(wěn)定性系數(shù)與最大位移量隨時(shí)間的關(guān)系Fig.12 Stability coefficient versus maximum displacement as a function of time under working condition 3

4 討論

在三種系列工況下,工況3是最不利工況。根據(jù)各工況長(zhǎng)期穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果顯示,當(dāng)前自然狀態(tài)的板壁巖危巖體整體處于穩(wěn)定狀態(tài),其穩(wěn)定性系數(shù)在145 m水位時(shí)為1.71,175 m水位時(shí)為1.68(圖13)。

圖13 板壁巖危巖體穩(wěn)定系數(shù)-時(shí)間過程曲線Fig.13 Stability coefficient-time course curves of the Banbiyan unstable rock mass

工況2和工況3,揭示了巖體劣化及暴雨對(duì)板壁巖穩(wěn)定性系數(shù)的影響,同一劣化條件下疊加暴雨與不疊加暴雨的穩(wěn)定性系數(shù)相差約0.16。在庫(kù)水+巖體劣化工況(常態(tài)化工況)下,隨著消落帶巖體劣化,基座破碎帶巖體強(qiáng)度降低,板壁巖危巖體穩(wěn)定性系數(shù)逐步降低,參考三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部(2014)對(duì)危巖體所處狀態(tài)進(jìn)行劃分,當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)Fs＞1.40時(shí),為穩(wěn)定狀態(tài),1.15＜Fs＜1.40時(shí)為基本穩(wěn)定狀態(tài),而Fs＜1.15時(shí)則認(rèn)為危巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

計(jì)算結(jié)果顯示,第0、24、46、56個(gè)水文周期,板壁巖危巖體穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.71、1.41、1.16、1.01,在第46個(gè)水文周期處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。在庫(kù)水+巖體劣化+暴雨極端工況下,第0、14、40、48個(gè)水文周期,板壁巖危巖體穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.71、1.41、1.14、1.01,第14個(gè)水文周期板壁巖危巖體從穩(wěn)定狀態(tài)向基本穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變;在第40個(gè)水文周期從基本穩(wěn)定狀態(tài)向欠穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變,在第48個(gè)水文周期時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)降為1.01,處于極限平衡狀態(tài)?？梢姌O端條件下板壁巖會(huì)比常態(tài)化工況下早近6個(gè)水文年進(jìn)入欠穩(wěn)定狀態(tài),極端暴雨條件加速了板壁巖危巖體的破壞進(jìn)程。從累積位移與穩(wěn)定性關(guān)系的角度看,在穩(wěn)定—基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定等狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí),其位移會(huì)發(fā)生突增,且極端工況下的突變是常態(tài)化工況的2～3倍,因此在穩(wěn)定性狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)刻應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)監(jiān)測(cè),防止危險(xiǎn)發(fā)生。從應(yīng)力應(yīng)變、最大剪應(yīng)變和塑性區(qū)來看,板壁巖危巖體后緣向后下方擠壓,重心向下偏移,其后緣裂縫進(jìn)一步發(fā)育,危巖體前緣進(jìn)一步受壓沿破碎帶滑移剪出,可能發(fā)生滑移-剪切破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

在工程地質(zhì)調(diào)查和數(shù)值計(jì)算分析基礎(chǔ)上,對(duì)板壁巖危巖體進(jìn)行多工況的綜合分析,得出以下結(jié)論及建議。

(1)板壁巖危巖體被已有的側(cè)壁邊界、主控裂縫及基座破碎帶分割成三大塊危巖,其中涉水的W1危巖體,71.8×104m3,呈不規(guī)則板柱狀;其主控裂縫下切較深,約60～90 m,延伸程度較好且逐漸顯化;其消落帶巖體裂縫發(fā)育,線密度1.11條/10 m,非消落帶線密度0.79條/10 m。

(2)數(shù)值分析結(jié)果顯示板壁巖危巖體破壞過程為:隨著庫(kù)水長(zhǎng)期周期性循環(huán),巖體不斷劣化,板壁巖危巖體早期拉應(yīng)力集中分布于中部鎖固點(diǎn)處,中期向主控裂縫及基破碎帶延展,且基座破碎帶不斷被壓剪破壞,使左右破碎帶邊界相互連通,后期頂部主控裂縫與底部基座破碎帶逐步形成相互貫通的滑移面,形成滑移-剪切破壞。

(3)在自然狀態(tài)下,板壁巖危巖體處于穩(wěn)定性狀態(tài);在庫(kù)水+巖體劣化工況下,庫(kù)水循環(huán)46個(gè)周期,其穩(wěn)定性系數(shù)從1.71下降至1.16;在庫(kù)水+巖體劣化+暴雨極端工況下,約40個(gè)水文周期后,巖體強(qiáng)度下降30%,板壁巖危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)約為1.14,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在第48個(gè)水文周期時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)降為1.01,處于極限平衡狀態(tài)。

(4)板壁巖危巖體在庫(kù)水循環(huán)約46周期后,從基本穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榍贩€(wěn)定狀態(tài),建議啟動(dòng)板壁巖危巖體的治理工程,對(duì)板壁巖危巖消落帶進(jìn)行素噴混凝土防止巖體劣化,并對(duì)后緣拉張裂縫進(jìn)行錨索錨固。