四川九龍縣溪谷輸變電工程場地穩定性的巖體力學分析

曹廣鵬，李渝生，鮑杰

（成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059）

四川九龍縣溪谷輸變電工程場地穩定性的巖體力學分析

曹廣鵬，李渝生，鮑杰

（成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059）

溪谷輸變電站工程場地具有較復雜的雙層地質結構，巖土體拉分變形明顯。場地后緣及底部巖土體的主應力和剪應力集中明顯，堆積體內部巖體處于拉分松弛狀態，巖土體的潛在變形模式以蠕滑－拉裂為主。在水庫蓄水與地震共同作用的極限工況下，場地處于潛在不穩定狀態。

應力集中；拉分松弛；蠕滑－拉裂；極限工況

1 引言

四川省九龍縣溪谷輸變電工程區位于九龍復式向斜南西翼，場地地貌單元為九龍河右岸——華丘古滑坡南東部邊緣堆積臺地。地形受滑坡堆積控制，圈谷－凹陷、臺地、鼓丘及前緣陡坡等滑坡地貌特征較為明顯（圖1）。場地地形較為開闊，地面起伏不平，前緣為九龍河岸坡陡坡。下游九龍溪谷電站水庫蓄水及區域地震活動對場地的穩定性影響很大。

圖1 場地地貌全景Fig.1 Panoramatic geomorphology of the site

2 場地的地質結構及變形特征

2.1 場地的地質結構特征

場地為華丘巨型古滑坡體南東部邊緣次級滑移堆積體，具有雙層地質結構（圖2）。上部為土石堆積結構，場地主體的中、后部主要由變質砂巖塊石構成，總體處于稍密－松散狀態，可見架空結構現象。場地前部（東部前緣）主要為塊碎石、角礫、巖屑夾少量塊石堆積，處于稍密－中密狀態；下部由三疊系上統侏倭組（T3zh）變質砂巖、板巖及千枚巖構成的巖石基座。基巖頂面起伏較大，中段高出現代河床約25m，南、北兩段逐漸降低。

圖2 場地的雙層地質結構Fig.2 Double－layer geological structure of the site

2.2 場地巖土體的變形特征

場地內部的變形現象極為明顯，其發育形式各部位有所不同（圖3）。

場地西部堆積體后緣，典型的變形現象是由一系列凹槽及塌陷組成的圈谷拉分結構（圖3）。其中有些新近形成的塌陷坑，顯示場地后緣近期處于持續緩慢的拉分變形狀態。

場地中部典型的變形現象是槽狀次級拉分結構（圖3）。其形態經改造而不甚清晰，變形時代相對較早。這是典型的不同塊體滑移差異性的產物［1］。

場地東部堆積體前緣陡坡地段的局部崩塌現象十分清楚。目前每年雨季，小型塌滑時有發生。

圖3 場地工程地質圖（Qdel.古滑坡堆積體；A－A′.剖面線）Fig.3 Engineering geology of the site（Qdel－old landslide communication body；A－A′－section line）

3 場地巖土體應力－形變特征有限元數值分析

在充分考慮場地巖土體地質結構的基礎上，按A－A′主剖面（圖3）建立有限元數值計算模型［2］（圖4）。模型介質的物理力學參數按表1所列指標取值［3］，地震峰值加速度0.15g。

圖4 有限元數值計算模型Fig.4 Finite element numerical calculation model

3.1 場地巖土體的應力分布特征

（1）主應力矢量

巖體主應力矢量總體上緩傾坡外。沿底部及場地后緣潛在滑移控制面附近，最大主應力作用方向與結構面交角較小。這種應力分布狀況反映出，主應力矢量明顯受結構面傾角及潛在的滑移形式控制［4］。水庫蓄水及地震作用等極端工況下，主應力矢量無明顯變化（圖5）。

表1 有限元數值計算模型介質參數Table 1 Medium parameters of the finite element numerical calculation modelp

圖5 極限工況（地震＋水庫蓄水）主應力矢量分布特征Fig.5 Distribution of principal stress vectors in the extreme conditions（seism ＆reservoir storage）

（2）主應力分布特征

最大主應力σ1分布無明顯的應力集中現象，最小主應力σ3處于低值拉張應力狀態。在地震力與水庫蓄水同時作用的極端工況下，巖體最大主應力σ1分布及量值無明顯變化，場地前緣出現明顯的拉張應力分布（圖6）。

（3）最大剪應力τmax分布特征

圖6 極限工況（地震＋水庫蓄水）最大主應力σ1（MPa）分布特征Fig.6 Distribution of max principal stresses（MPa）in the extreme conditions（seism ＆reservoir storage）

最大剪應力τmax（MPa）總體上處于低值狀態，場地后緣凹陷部位和前緣陡坡下部基巖頂面附近，出現明顯的應力集中現象；在地震力與水庫蓄水同時作用的極端工況下，沿底部潛在滑移面（基巖頂面）最大剪應力τmax明顯增高（圖7）。

圖7 極限工況（地震＋水庫蓄水）最大剪應力τmax（MPa）分布特征Fig.7 Distribution of max shear stresses（MPa）in the extreme conditions（seism ＆reservoir storage）

3.2 場地巖土體的變性特征

場地后緣圈谷凹陷部位的垂向位移大于水平位移，前緣斜坡的水平位移大于垂向位移。場地巖土體的潛在變形模式以蠕滑－拉裂［5］為主。在地震力與水庫蓄水同時作用的極端工況下，場地前緣的水平位移及后緣拉分凹陷部位的垂向位移變形將進一步加劇（圖8）。

圖8 極限工況 （地震＋水庫蓄水）垂直（上）和水平（下）位移等值線Fig.8 The vertical displacement isoline in the extreme conditions（seismic＋reservoir storage）

4 場地穩定性極限平衡分析

根據場地巖體結構、變形破壞現象及巖體應力－形變作用模式機制等方面的實測調研及理論分析成果，建立A－A′剖面塊體極限平衡計算模型（圖9）。模型計算參數按表2取值［3］，地震加速度0.15g。

表2 極限平衡模型計算參數Table 2 Calculation parametersof the limit equilibrium section

A－A′剖面計算成果分析：

圖9 極限平衡計算模型Fig.9 The limit equilibrium calculation model

在天然狀態、水庫蓄水及地震力等3種工況條件下，場地中前部（塊體Ⅰ）及場地整體（塊體Ⅱ）均可保持其整體穩定性。但在水庫蓄水同時疊加地震作用的極限工況下，處于潛在的不穩定狀態（表3）。

表3 A－A′剖面極限平衡計算結果Table 3 Limit equilibrium calculations of Section A－A′

5 結論

（1）該場地具有雙層地質結構，上部堆積體主要為塊碎石、角礫、巖屑夾少量巨塊石；下部為三疊系上統侏倭組變質砂巖、板巖及千枚巖構成的巖石基座。場地內部的變形現象極為明顯，主要表現為后緣塌陷坑及拉分槽谷，中部槽狀次級拉分，前緣陡坡局部崩塌。

（2）場地巖土體主應力矢量整體緩傾坡外，場地北部主應力σ及場地整體剪應力τmax分布沿底部潛在滑移面出現較明顯的應力集中現象，堆積體內部巖體則處于拉分松弛狀態，水庫蓄水將導致主應力分異現象進一步加劇。巖土體的潛在變形模式以蠕滑－拉裂形式為主，在水庫蓄水與地震作用下變形將進一步加劇。

（3）場地巖土體在天然狀態、水庫蓄水及地震力等3種工況條件下均可保持其整體穩定性，但在水庫蓄水同時疊加地震作用的極限工況下，處于潛在的不穩定狀態。

［1］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質分析原理［M］.北京：地質出版社，1994.

［2］何滿潮，黃潤秋，等.工程地質數值法［M］.北京：科技出版社，2006.

［3］《工程地質手冊》編輯委員會.工程地質手冊（第4版）［M］.中國建筑出版社，2007.

［4］詹軍，于清揚.有限元法在滑坡穩定性分析中的應用［J］.煤田地質與勘探，2002，30（1）：45－47.

［5］晏鄂川，劉廣潤.試論滑坡基本地質模型［J］.工程地質學報，2004，12（1）：21－24.

A ROCK－MECHANICAL STUDY ON THE STABILITY OF THE XIGU POWER TRANSMISSION STATION SITE IN JIULONG COUNTY，SICHUAN PROVINCE

Cao Guang－peng，Li Yu－sheng，Bao Jie
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

The station site has a complex double geological structure with evident pull－apart deformation.Its deformation model is a creep－fracture one，with an obvious concentration of principal and shear stress at the posterior edge of the site and the bottom of the rock－soil mass as well as the deposit body pull－apart and loose within it.The site will be unstable in the extreme conditions of reservoir storage and seism.

stress concentration；pull－apart and looseness；creep－fracture；extreme conditions

P642；TU452

A

1006－4362（2011）04－0046－04

2011－05－23 改回日期：2011－07－28

曹廣鵬（1988－ ），男，安徽省碭山縣人，2009級碩士研究生，主要從事地質工程和巖土工程相關研究工作。