某水電站閘址區(qū)兩岸邊坡穩(wěn)定性及危害程度研究

某水電站閘址區(qū)兩岸邊坡穩(wěn)定性及危害程度研究

1系統(tǒng)性研究西南水庫(kù)的開(kāi)口位于河流強(qiáng)烈切割的高山峽谷。兩岸的斜坡陡峭，有時(shí)坍塌，有時(shí)坍塌?？紤]到其穩(wěn)定性對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)有重大影響，專家小組對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)研究。實(shí)地調(diào)查表明，兩岸傾倒、剝落或剝離等變形非常發(fā)育，局部甚至還有崩坡積物的坍滑現(xiàn)象。因此，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件的系統(tǒng)調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)分析，揭示兩岸高邊坡巖體的特征及其穩(wěn)定性，并分析由此而引起的工程效應(yīng)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2項(xiàng)目環(huán)境2.1深灰黑、深灰色條帶閘址區(qū)出露地層主要為三疊系上統(tǒng)(T3)之變質(zhì)砂巖、板巖，兩者常以互層狀產(chǎn)出，由老到新可分為4層6個(gè)亞層(圖1)，分述如下：3T1：灰色～深灰色中～厚層狀變質(zhì)長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖，局部相變?yōu)榉凵皫r，具塊狀構(gòu)造，上部夾有斷續(xù)延伸的深灰色厚層礫狀、條帶狀大理巖，厚4～8m。層厚70.2～123.9m。3T21-：深灰色條帶狀粉砂質(zhì)板巖夾少量深灰色薄層～中厚層狀變質(zhì)粉細(xì)砂巖，暗色條帶為泥質(zhì)板巖，寬0.5～2cm。具板狀、變余韻律層理構(gòu)造，變余波痕構(gòu)造。層厚85.7～111.1m。3T2-2：深灰～灰色中厚層狀變質(zhì)長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖，局部相變?yōu)樯罨疑　泻駥訝钭冑|(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖，層面間夾有0.5～2cm的板巖條帶，頂、底部沿層面斷續(xù)分布有淺灰～深灰色厚層狀大理巖，厚2～5m。層厚29.3～38.7m。3T31-：深灰色條帶狀粉砂質(zhì)板巖夾少量深灰色薄～中厚層狀變質(zhì)粉細(xì)砂巖，含0.5～2cm的泥質(zhì)板巖暗色條帶，具變余韻律層理構(gòu)造、板狀構(gòu)造。層厚30.9m。3T3-2：深灰～灰色厚～中厚層變質(zhì)長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖，局部相變?yōu)樯罨疑　泻駥訝钭冑|(zhì)粉砂巖，偶夾有0.5～2cm的板巖條帶。層厚18.9～20.0m。3T4：灰黑、深灰色條帶狀泥質(zhì)板巖，往底部漸變?yōu)槟噘|(zhì)～粉砂質(zhì)板巖，條帶寬1～5cm，具板狀、變余韻律層理構(gòu)造、變余波痕構(gòu)造，個(gè)別灰黑色條帶千枚巖化，具絲絹光澤。層厚41.2m。其中，變質(zhì)砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，較完整，具塊狀結(jié)構(gòu)；板巖質(zhì)地較堅(jiān)硬，但性脆，具層狀結(jié)構(gòu)，單層寬0.5～5cm，變質(zhì)較深，可見(jiàn)絲絹光澤。地層走向N20°～60°E，傾向SE，傾角52°～88°。2.2閘址區(qū)節(jié)理構(gòu)造組成工程區(qū)位于錦屏山斷裂西側(cè)，貓貓灘向斜近軸部地帶，該向斜的軸面產(chǎn)狀為N20°～40°E/SE∠70°～80°，兩翼巖層擠壓緊密，層面產(chǎn)狀與軸面產(chǎn)狀近于一致，SE翼倒轉(zhuǎn)。閘址區(qū)內(nèi)無(wú)區(qū)域性斷層通過(guò)，亦無(wú)較大的順河斷層分布，唯閘址區(qū)下游左岸大奔流溝口發(fā)育有F4斷層，斷裂構(gòu)造以小斷層或小錯(cuò)動(dòng)帶為主。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線以北東向?yàn)橹?，其褶皺屬“西康式”同斜尖棱褶皺，斷裂以壓性～壓扭性逆斷層為主。局部可?jiàn)兩期褶皺疊加。另外，閘址區(qū)兩岸巖石節(jié)理裂隙均較發(fā)育，主要發(fā)育3組節(jié)理、左岸有NE走向的層面節(jié)理、NW走向的緩傾和陡傾節(jié)理，右岸有NE走向的層面節(jié)理、NW及NE走向的節(jié)理。具體情況可見(jiàn)圖2和3。2.3干季和干季特征明顯閘址區(qū)年降雨量在1000mm左右，季風(fēng)型氣候的干、濕(雨)兩季特征十分明顯；雨季中的5～10月，平均降雨量占全年的95.75%；干季中的11～4月，降雨量?jī)H占全年的4.25%。雨季中的6～9月，作為主汛期的4個(gè)月，其平均降雨量占全年的82.22%。3岸邊坡的一般特征研究3.1內(nèi)翻加大向非均一角度學(xué)習(xí)閘址區(qū)兩岸谷坡陡峻，傾角40°～65°，總體為一向斜構(gòu)造，閘址區(qū)位于向斜近軸部地帶，該向斜的軸面產(chǎn)狀為N20°～40°E/SE∠70°～80°，向NE方向揚(yáng)起，兩翼巖層擠壓緊密，層面產(chǎn)狀與軸面產(chǎn)狀近于一致，SE翼倒轉(zhuǎn)。此外，閘址區(qū)內(nèi)NE,NW向兩組次一級(jí)褶皺也十分發(fā)育，其中，NW向褶皺是后期形成而疊加于NE向褶皺之上，致使巖層局部轉(zhuǎn)折。研究區(qū)河段近南北順直向(略偏NE)。受以上因素影響，該研究區(qū)總體上左岸為切向坡，右岸為反向坡。3.2陡傾結(jié)構(gòu)面切割特性由前面介紹可知，兩岸邊坡均發(fā)育3組結(jié)構(gòu)面，其特征略有不同，加之坡面傾向基本相反，因此，分述如下：對(duì)于左岸，邊坡總體優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面及坡面產(chǎn)狀見(jiàn)表1，其極射赤平投影見(jiàn)圖4。由圖4可明顯看出，層面與坡面交角達(dá)30°以上，構(gòu)成切向坡，由第1,2兩組陡傾結(jié)構(gòu)面切割的棱體面組合交線傾向N65°E，傾角69°，陡傾坡外；第3組緩傾結(jié)構(gòu)面反傾坡內(nèi)，不易形成下滑楔形體，邊坡總體穩(wěn)定性較好；但由于坡面及層面較陡，在卸荷及其他外荷載作用下，不排除局部發(fā)生彎曲傾倒變形的可能性。對(duì)于右岸，邊坡總體優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面及坡面產(chǎn)狀見(jiàn)表2，其極射赤平投影見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，層面與坡面小角度斜交，且陡傾坡內(nèi)。由第1,3兩組陡傾結(jié)構(gòu)面切割的棱體面組合交線傾向N40°E，傾角74°，陡傾坡內(nèi)；第2組緩傾結(jié)構(gòu)面與坡面小角度斜交，且緩傾坡外，受此控制，極易形成下滑楔形體，加之層面及坡面傾角均較大，局部也可以形成彎曲拉裂，最終導(dǎo)致崩滑、崩落破壞。3.3平洞卸荷程度由于閘址區(qū)谷坡較陡，巖層陡立，表層巖體卸荷較強(qiáng)烈，強(qiáng)卸荷帶的水平發(fā)育深度一般小于15m，但弱卸荷帶局部較深，可達(dá)55.1m。卸荷程度明顯與地形坡度、巖性相關(guān)，地形坡度陡者卸荷深。由右岸3個(gè)平洞(從下游至上游)MD5,MD3,MD1揭示其強(qiáng)卸荷深度分別為2.8,7.0和14.5m，弱卸荷深度分別為13.7,21.4和55.1m。反映了由下游至上游卸荷深度隨地形坡度的變陡而急劇增大的趨勢(shì)(表3)，推測(cè)在MD1洞上游地區(qū)，由于地形坡度更加陡峻，谷坡巖體在其自身的重力作用下，卸荷現(xiàn)象變得更為嚴(yán)重。(2)巖體物理力學(xué)性質(zhì)通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)出露的變質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖和泥質(zhì)板巖的室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)指標(biāo)的研究發(fā)現(xiàn)，其巖體物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差(表4)，這也是巖體局部破壞較為嚴(yán)重的重要原因。4巖體基本質(zhì)量指標(biāo)的確定本次巖體質(zhì)量分級(jí)，按《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50218-94)進(jìn)行。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，巖體基本質(zhì)量分級(jí)，應(yīng)根據(jù)巖體基本質(zhì)量的定性特征和巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)兩者相結(jié)合來(lái)確定。當(dāng)二者確定的級(jí)別不一致時(shí)，應(yīng)通過(guò)對(duì)定性劃分和定量指標(biāo)的綜合分析來(lái)確定，必要時(shí)應(yīng)重新進(jìn)行測(cè)試。據(jù)此并結(jié)合研究區(qū)巖體風(fēng)化和卸荷深度、巖性、結(jié)構(gòu)、節(jié)理發(fā)育情況等特征，對(duì)巖石堅(jiān)硬程度及巖體完整性程度的定性劃分結(jié)果見(jiàn)表6。另外，結(jié)合室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，按照巖體表部總體為弱風(fēng)化強(qiáng)卸荷、向內(nèi)過(guò)渡為弱風(fēng)化弱卸荷的實(shí)際情況，計(jì)算的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)見(jiàn)表7。定性和定量相結(jié)合的巖體基本質(zhì)量分級(jí)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表8。(3)地震波測(cè)試和研究據(jù)平洞地震波測(cè)試成果表明，不同狀態(tài)的巖體其波速不同，總體波速較低，波動(dòng)大，巖體完整性差。縱波波速及巖體完整性指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。5坡下邊坡巖體微觀變形結(jié)合前面對(duì)邊坡各段結(jié)構(gòu)面與坡面赤平投影圖的分析及巖體基本質(zhì)量的分級(jí)統(tǒng)計(jì)，可對(duì)閘址左、右岸邊坡穩(wěn)定性做出如下的綜合評(píng)價(jià)：由于該研究區(qū)段巖性主要以中～薄層狀砂板巖為主，巖體級(jí)別屬IV～I(xiàn)II級(jí)，因此，巖體質(zhì)量相對(duì)較差。左岸為切向坡，受節(jié)理裂隙組合影響，不易構(gòu)成楔形體下滑破壞，其總體穩(wěn)定性較好，但局部坡段巖體在外荷載作用下仍可能發(fā)生彎曲-拉裂變形及崩塌破壞(圖6)；而右岸為反向坡，巖體易形成楔形體下滑，且由于巖體陡傾坡內(nèi)，傾倒(彎曲)變形較為發(fā)育(圖7)，剝離、剝落現(xiàn)象也很嚴(yán)重，同時(shí)還存在前緣崩積物的局部坍滑現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，閘址區(qū)邊坡穩(wěn)定性較差，巖體不但彎曲-拉裂式崩塌災(zāi)害相對(duì)較嚴(yán)重，而且傾倒體也很發(fā)育(尤其是右岸)，剝離、剝落現(xiàn)象也很嚴(yán)重，同時(shí)還存在前緣崩積物的局部坍滑現(xiàn)象。因此，這些地質(zhì)災(zāi)害的存在，將對(duì)坡下閘址區(qū)的安全以及左岸沿江公路的行車安全造成重大影響。另外，導(dǎo)流隧洞將布設(shè)在左岸，引水隧洞布設(shè)在右岸，如果位于不穩(wěn)定邊坡下方，將直接對(duì)其進(jìn)水口甚至洞體安全造成嚴(yán)重危害。而從左、右岸危害性對(duì)比來(lái)看，由于左岸變形多發(fā)生在閘址區(qū)下游側(cè)，高程相對(duì)也較低，而右岸崩塌、傾倒變形不但較左岸多，而且分布范圍廣，高程也多有分布，因此，其危害性遠(yuǎn)較左岸大。6表層變形結(jié)構(gòu)分析通過(guò)上述分析，可得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：(1)閘址區(qū)河道順直，略偏NE，河谷略開(kāi)闊，呈“V”型谷。左岸為切向坡，右岸為反向坡。谷坡傾角40°～65°。(2)閘址區(qū)附近，主要為一套灰色、深灰色中～厚層狀變質(zhì)長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖、粉砂巖與粉砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖組成向上變細(xì)的韻律互層，厚度314～734m。(3)由于閘址區(qū)谷坡較陡，巖層陡立，表層巖體