某水电站闸址区两岸边坡稳定性及危害程度研究

某水电站闸址区两岸边坡稳定性及危害程度研究

1系统性研究西南水库的开口位于河流强烈切割的高山峡谷。两岸的斜坡陡峭，有时坍塌，有时坍塌。考虑到其稳定性对项目的建设有重大影响，专家小组对其进行了系统研究。实地调查表明，两岸倾倒、剥落或剥离等变形非常发育，局部甚至还有崩坡积物的坍滑现象。因此，通过现场工程地质条件的系统调查和室内试验分析，揭示两岸高边坡岩体的特征及其稳定性，并分析由此而引起的工程效应，具有十分重要的现实意义。2项目环境2.1深灰黑、深灰色条带闸址区出露地层主要为三叠系上统(T3)之变质砂岩、板岩，两者常以互层状产出，由老到新可分为4层6个亚层(图1)，分述如下：3T1：灰色～深灰色中～厚层状变质长石石英细砂岩，局部相变为粉砂岩，具块状构造，上部夹有断续延伸的深灰色厚层砾状、条带状大理岩，厚4～8m。层厚70.2～123.9m。3T21-：深灰色条带状粉砂质板岩夹少量深灰色薄层～中厚层状变质粉细砂岩，暗色条带为泥质板岩，宽0.5～2cm。具板状、变余韵律层理构造，变余波痕构造。层厚85.7～111.1m。3T2-2：深灰～灰色中厚层状变质长石石英细砂岩，局部相变为深灰色薄～中厚层状变质粉砂岩、粉砂质板岩，层面间夹有0.5～2cm的板岩条带，顶、底部沿层面断续分布有浅灰～深灰色厚层状大理岩，厚2～5m。层厚29.3～38.7m。3T31-：深灰色条带状粉砂质板岩夹少量深灰色薄～中厚层状变质粉细砂岩，含0.5～2cm的泥质板岩暗色条带，具变余韵律层理构造、板状构造。层厚30.9m。3T3-2：深灰～灰色厚～中厚层变质长石石英细砂岩，局部相变为深灰色薄～中厚层状变质粉砂岩，偶夹有0.5～2cm的板岩条带。层厚18.9～20.0m。3T4：灰黑、深灰色条带状泥质板岩，往底部渐变为泥质～粉砂质板岩，条带宽1～5cm，具板状、变余韵律层理构造、变余波痕构造，个别灰黑色条带千枚岩化，具丝绢光泽。层厚41.2m。其中，变质砂岩质地坚硬，较完整，具块状结构；板岩质地较坚硬，但性脆，具层状结构，单层宽0.5～5cm，变质较深，可见丝绢光泽。地层走向N20°～60°E，倾向SE，倾角52°～88°。2.2闸址区节理构造组成工程区位于锦屏山断裂西侧，猫猫滩向斜近轴部地带，该向斜的轴面产状为N20°～40°E/SE∠70°～80°，两翼岩层挤压紧密，层面产状与轴面产状近于一致，SE翼倒转。闸址区内无区域性断层通过，亦无较大的顺河断层分布，唯闸址区下游左岸大奔流沟口发育有F4断层，断裂构造以小断层或小错动带为主。区内构造线以北东向为主，其褶皱属“西康式”同斜尖棱褶皱，断裂以压性～压扭性逆断层为主。局部可见两期褶皱叠加。另外，闸址区两岸岩石节理裂隙均较发育，主要发育3组节理、左岸有NE走向的层面节理、NW走向的缓倾和陡倾节理，右岸有NE走向的层面节理、NW及NE走向的节理。具体情况可见图2和3。2.3干季和干季特征明显闸址区年降雨量在1000mm左右，季风型气候的干、湿(雨)两季特征十分明显；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，降雨量仅占全年的4.25%。雨季中的6～9月，作为主汛期的4个月，其平均降雨量占全年的82.22%。3岸边坡的一般特征研究3.1内翻加大向非均一角度学习闸址区两岸谷坡陡峻，倾角40°～65°，总体为一向斜构造，闸址区位于向斜近轴部地带，该向斜的轴面产状为N20°～40°E/SE∠70°～80°，向NE方向扬起，两翼岩层挤压紧密，层面产状与轴面产状近于一致，SE翼倒转。此外，闸址区内NE,NW向两组次一级褶皱也十分发育，其中，NW向褶皱是后期形成而叠加于NE向褶皱之上，致使岩层局部转折。研究区河段近南北顺直向(略偏NE)。受以上因素影响，该研究区总体上左岸为切向坡，右岸为反向坡。3.2陡倾结构面切割特性由前面介绍可知，两岸边坡均发育3组结构面，其特征略有不同，加之坡面倾向基本相反，因此，分述如下：对于左岸，边坡总体优势结构面及坡面产状见表1，其极射赤平投影见图4。由图4可明显看出，层面与坡面交角达30°以上，构成切向坡，由第1,2两组陡倾结构面切割的棱体面组合交线倾向N65°E，倾角69°，陡倾坡外；第3组缓倾结构面反倾坡内，不易形成下滑楔形体，边坡总体稳定性较好；但由于坡面及层面较陡，在卸荷及其他外荷载作用下，不排除局部发生弯曲倾倒变形的可能性。对于右岸，边坡总体优势结构面及坡面产状见表2，其极射赤平投影见图5。由图5可见，层面与坡面小角度斜交，且陡倾坡内。由第1,3两组陡倾结构面切割的棱体面组合交线倾向N40°E，倾角74°，陡倾坡内；第2组缓倾结构面与坡面小角度斜交，且缓倾坡外，受此控制，极易形成下滑楔形体，加之层面及坡面倾角均较大，局部也可以形成弯曲拉裂，最终导致崩滑、崩落破坏。3.3平洞卸荷程度由于闸址区谷坡较陡，岩层陡立，表层岩体卸荷较强烈，强卸荷带的水平发育深度一般小于15m，但弱卸荷带局部较深，可达55.1m。卸荷程度明显与地形坡度、岩性相关，地形坡度陡者卸荷深。由右岸3个平洞(从下游至上游)MD5,MD3,MD1揭示其强卸荷深度分别为2.8,7.0和14.5m，弱卸荷深度分别为13.7,21.4和55.1m。反映了由下游至上游卸荷深度随地形坡度的变陡而急剧增大的趋势(表3)，推测在MD1洞上游地区，由于地形坡度更加陡峻，谷坡岩体在其自身的重力作用下，卸荷现象变得更为严重。(2)岩体物理力学性质通过对研究区内出露的变质细砂岩、粉砂质板岩和泥质板岩的室内物理力学性质试验指标的研究发现，其岩体物理力学性质相对较差(表4)，这也是岩体局部破坏较为严重的重要原因。4岩体基本质量指标的确定本次岩体质量分级，按《工程岩体分级标准》(GB50218-94)进行。根据该标准，岩体基本质量分级，应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标(BQ)两者相结合来确定。当二者确定的级别不一致时，应通过对定性划分和定量指标的综合分析来确定，必要时应重新进行测试。据此并结合研究区岩体风化和卸荷深度、岩性、结构、节理发育情况等特征，对岩石坚硬程度及岩体完整性程度的定性划分结果见表6。另外，结合室内物理力学性质试验，按照岩体表部总体为弱风化强卸荷、向内过渡为弱风化弱卸荷的实际情况，计算的岩体基本质量指标(BQ)见表7。定性和定量相结合的岩体基本质量分级综合评价结果见表8。(3)地震波测试和研究据平洞地震波测试成果表明，不同状态的岩体其波速不同，总体波速较低，波动大，岩体完整性差。纵波波速及岩体完整性指数统计结果见表5。5坡下边坡岩体微观变形结合前面对边坡各段结构面与坡面赤平投影图的分析及岩体基本质量的分级统计，可对闸址左、右岸边坡稳定性做出如下的综合评价：由于该研究区段岩性主要以中～薄层状砂板岩为主，岩体级别属IV～III级，因此，岩体质量相对较差。左岸为切向坡，受节理裂隙组合影响，不易构成楔形体下滑破坏，其总体稳定性较好，但局部坡段岩体在外荷载作用下仍可能发生弯曲-拉裂变形及崩塌破坏(图6)；而右岸为反向坡，岩体易形成楔形体下滑，且由于岩体陡倾坡内，倾倒(弯曲)变形较为发育(图7)，剥离、剥落现象也很严重，同时还存在前缘崩积物的局部坍滑现象。由此可见，闸址区边坡稳定性较差，岩体不但弯曲-拉裂式崩塌灾害相对较严重，而且倾倒体也很发育(尤其是右岸)，剥离、剥落现象也很严重，同时还存在前缘崩积物的局部坍滑现象。因此，这些地质灾害的存在，将对坡下闸址区的安全以及左岸沿江公路的行车安全造成重大影响。另外，导流隧洞将布设在左岸，引水隧洞布设在右岸，如果位于不稳定边坡下方，将直接对其进水口甚至洞体安全造成严重危害。而从左、右岸危害性对比来看，由于左岸变形多发生在闸址区下游侧，高程相对也较低，而右岸崩塌、倾倒变形不但较左岸多，而且分布范围广，高程也多有分布，因此，其危害性远较左岸大。6表层变形结构分析通过上述分析，可得出如下几点认识：(1)闸址区河道顺直，略偏NE，河谷略开阔，呈“V”型谷。左岸为切向坡，右岸为反向坡。谷坡倾角40°～65°。(2)闸址区附近，主要为一套灰色、深灰色中～厚层状变质长石石英细砂岩、粉砂岩与粉砂质板岩、泥质板岩组成向上变细的韵律互层，厚度314～734m。(3)由于闸址区谷坡较陡，岩层陡立，表层岩体