茨哈峽水電站順分層陡斜坡穩(wěn)定性分析

茨哈峽水電站順分層陡斜坡穩(wěn)定性分析

0順高階陡巖質(zhì)斜坡在黃河上游的茨哈峽水庫基礎(chǔ)研究中，根據(jù)平截面的勘探工作，明確、詳細地揭示了高海拔斜坡的變形破壞模式和過程，并根據(jù)折疊角的變形（傾斜）進行了分解。該邊坡變形特征明顯，清晰地揭示了兩種變形模式的性質(zhì)和轉(zhuǎn)換發(fā)展階段，充分考慮了同一邊坡變形模式的復合和轉(zhuǎn)化特征。1坡面結(jié)構(gòu)及構(gòu)造斜坡位于黃河上游茨哈峽水電站下壩址右壩肩,上游邊界位于壩軸線以上約220m,下游邊界基本與壩軸線一致。斜坡所在河段,河道基本順直,河流流向北東73°,由于斜坡前緣的垮塌破壞,黃河從上游邊界處向斜坡一岸凹進,岸坡由于前緣垮塌,使坡面完整性變差,尤其是靠上游部分的坡體前緣。總體上坡型仍較平整。平水期水位高程約2748m,河面寬度約40~60m。岸坡坡度40°~50°,基巖裸露,岸坡相對高差約400m。構(gòu)成斜坡的巖性主要為三迭系中統(tǒng)板巖、板巖夾砂巖(T2-Ss+Sl),巖體總體上以薄層狀為主,局部夾中厚層狀板巖,斜坡坡體結(jié)構(gòu)為陡傾順向坡。地表局部地段被薄層坡積塊碎石土覆蓋。斜坡巖體內(nèi)無較大規(guī)模的斷層發(fā)育。包括原生板理在內(nèi)主要發(fā)育5組結(jié)構(gòu)面。其中,板理面產(chǎn)狀平均為316°∠70°,其余4組構(gòu)造結(jié)構(gòu)面分別為:(1)59°∠25°(2)66°∠6°(3)163°∠20°(4)233°∠71°。其中又以第一組最為發(fā)育(圖1)。2斜角變形技術(shù)的地質(zhì)特征及其變形機制2.1基巖結(jié)構(gòu)變形特征斜坡變形部分平面形態(tài)呈“鏟”型,上窄下寬,形狀規(guī)整且基本對稱。前緣寬244m、中部寬165m、后緣寬138m。平均厚度約16.5m,分布面積4.1×104m2,估算方量67×104m3(圖2)。變形部分前緣高程2790~2792m,高出平水期河水面40多米。后緣為緩傾斜坡,坡度約25°~30°,高程2940~2967m。變形體上游邊界基本以沖溝為界,下游邊界不甚清楚,基本以斜坡表面小型切溝、沖溝為界。從斜坡前緣至高程2890m,斜坡坡度較大,平均坡度約45°。自2890m至變形體后緣,斜坡坡度變緩,平均坡度約28°。斜坡淺表部巖體發(fā)生了明顯的彎曲變形,導致巖體破碎、松散?？可嫌芜吔绲那熬壊课?已發(fā)生過擠壓垮塌。變形部分與下部完整基巖在前緣界限清楚,受上部變形巖體的擠壓,下部基巖局部被壓垮(圖3)。變形部分后緣緩坡上主要發(fā)育有4條張裂縫,并有次級裂縫伴生(圖4),最長122m,寬1~2m,傾向岸外,順坡向呈弧形延伸、拉裂并有明顯錯坎(達0.5~1m)。后緣地形呈明顯臺階式下錯,共有2~3級小型錯臺。根據(jù)斜坡變形區(qū)的勘探平硐揭露結(jié)果,變形部分在下游邊界處的水平變形深度為43m,由于此處岸坡凹進,因此變形體主體部分的水平變形深度應大于此深度。從岸坡水平向里至43m,巖體彎曲變形強烈,一般彎曲變形后的巖層呈近水平狀,略傾向坡內(nèi),巖層傾角10°~30°,局部地段松動、破碎嚴重;43m以后巖體完整,不存在變形現(xiàn)象。表1是勘探平硐中不同水平深度內(nèi)的巖體變形特征,圖5~圖7是硐內(nèi)不同深度巖體變形素描圖。從表1及素描圖中的巖層變形特征可以看出,目前斜坡的傾倒變形(彎曲-拉裂)已基本完成,從坡體后緣的拉裂縫及前緣的蠕動擠壓可以看出,斜坡變形現(xiàn)已明顯轉(zhuǎn)入蠕滑-拉裂變形階段。2.2陡傾板巖彎曲變形階段斜坡的變形破壞特征明顯地揭示了其變形破壞方式和演變過程,即該斜坡屬于復合型的變形破壞機制,最初的變形主要表現(xiàn)為近順層陡傾巖層的彎曲、拉裂,其后轉(zhuǎn)化為蠕滑-拉裂型破壞模式,并將最終以滑坡方式結(jié)束其變形過程。其變形過程可分為如下幾個階段:(1)彎曲-拉裂變形階段:斜坡前緣陡傾板巖在自重彎矩及空隙水壓等作用下,于前緣開始向臨空方向作懸臂梁彎曲,使原本陡傾坡外的板理面轉(zhuǎn)為傾向坡內(nèi),隨著彎曲變形的發(fā)展和向后推移,板理之間產(chǎn)生互相錯動并出現(xiàn)拉裂,前緣坡體出現(xiàn)垮塌,后緣出現(xiàn)拉裂縫;(3)蠕滑-拉裂變形:在上述折斷面形成的基礎(chǔ)上,變形巖體在重力作用下沿折斷面或折斷面以上巖體(圖5)發(fā)生向臨空方向的蠕滑,這一過程造成后緣拉裂縫的出現(xiàn)及前緣巖體的蠕滑擠出。其長期發(fā)展趨勢將導致滑坡的產(chǎn)生。上述變形破壞過程可用圖8表示,由此可見,目前斜坡變形的發(fā)展已初步形成潛在折斷面,并正處于蠕滑-拉裂變形階段。從地質(zhì)歷史過程分析,其處于從穩(wěn)定變形到不穩(wěn)定破壞的過渡階段。(2)板巖彎曲根部形成斷續(xù)拉裂面:由于板巖呈薄層狀,彎曲變形的程度很高,巖層面由原來的陡傾坡外轉(zhuǎn)為傾向坡內(nèi),其傾角較小,一般為25~30°左右,局部巖層甚至近水平,變形角度較大。由此在最大彎折帶部位形成折斷面;3潛在滑面物理力學參數(shù)選取及穩(wěn)定分析由斜坡變形破壞特征及其機理可知,其最終破壞方式為蠕滑-拉裂形成的滑坡,潛在滑移面就是巖體彎曲折斷的界面,大體上成弧形,由此根據(jù)斜坡后緣拉裂縫的位置、勘探平硐揭露的分界面以及前緣蠕滑剪出口即可準確地確定變形斜坡的潛在滑面形態(tài)(圖9)。由于潛在滑移面為板巖彎曲折斷面,因此,潛在滑面的物質(zhì)組成起初主要應由折斷的板巖碎塊、巖屑等組成,且局部地段可能尚未完全折斷貫通。根據(jù)斜坡的變形特征,目前滑移面已基本形成。因此在對潛在滑面的物理力學參數(shù)選取時,主要參照碎石土的經(jīng)驗取值,考慮坡體中局部地段可能尚未完全貫通,但局部地段層間擠壓破碎帶又會產(chǎn)生局部夾泥,因此計算時對類比值進行了綜合考慮。根據(jù)以上原則,潛在滑面參數(shù)的取值按表2執(zhí)行。穩(wěn)定分析主要考慮天然條件、降雨條件、地震條件下變形體的穩(wěn)定狀況?？紤]地震作用時,按Ⅶ度考慮,水平地震系數(shù)取0.1。由于研究區(qū)地處高原半干旱高寒型氣候區(qū),降雨持續(xù)時間及一次降雨量一般均較小,故降雨條件下潛在滑帶參數(shù)按天然條件下的90%取值。而飽水條件下的參數(shù)依經(jīng)驗按天然條件下的80%折減。計算結(jié)果表明,盡管斜坡正處于蠕變變形之中,但天然條件、降雨條件及地震作用下總體仍處于穩(wěn)定狀態(tài),只有在暴雨疊加地震時斜坡才會處于極限平衡狀態(tài)。依據(jù)上述計算剖面及參數(shù)取值,采用SARMA法計算得斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)見表3。4斜坡破壞模式茨哈峽水電站岸坡變形特征清楚地展現(xiàn)了一類由傾倒轉(zhuǎn)化為蠕滑-拉裂變形發(fā)展的機理、過程