五強(qiáng)溪左岸高邊坡穩(wěn)定分析

熊立新

（五凌電力有限公司 長(zhǎng)沙市 410004）

1 左岸高邊坡概況

五強(qiáng)溪水電站左岸高邊坡自壩軸線至下游尾端之間長(zhǎng)約500 m，最大坡高165 m，為前震旦系板溪群五強(qiáng)溪組的千枚狀板巖、砂質(zhì)板巖、砂巖、石英砂巖、石英巖組成，具典型次復(fù)理式建造。⑤～⑥沖溝的邊坡走向約700，與巖層走向一致，上部為反向坡，坡角約300，巖層傾向與坡面近于正交，坡頂高程203.00 m，中部為平緩過渡帶，坡角200，下部為順向坡，坡角400～450，巖層傾向與坡面一致；⑥～⑦沖溝自然邊坡坡角400～500，坡頂標(biāo)高200.00 m，自然邊坡走向約500。⑤、⑥、⑦沖溝近于垂直干流的邊坡發(fā)育，平均坡降28%～47%，均常年有水。在自然邊坡上存在④～⑧蠕變松動(dòng)體，局部坍塌堆積、滑坡等物理地質(zhì)現(xiàn)象廣布。

邊坡經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖層褶皺劇烈，斷層發(fā)育，分布廣、規(guī)模大，NEE斷層組最為發(fā)育，斷層破碎帶最大出露寬度達(dá)22m，探洞揭露的NNW卸荷裂隙發(fā)育深度達(dá)44 m。山體頂部強(qiáng)風(fēng)化巖體深達(dá)60 m，⑥～⑦沖溝之間水平風(fēng)化深度大于80 m。

附圖為左岸高邊坡示意圖。

2 邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（附表）

3 邊坡變形速率

（1）1號(hào)變形區(qū)。

附圖 左岸高邊坡示意圖

1 號(hào)變形區(qū)在施工期間曾發(fā)生幾次坡腳失穩(wěn)，后經(jīng)削坡、坡腳填渣壓腳等處理，邊坡基本穩(wěn)定，但安全裕度不大。根據(jù)鉆孔側(cè)斜儀觀測(cè)資料分析，2000年2月～2005年5月測(cè)斜孔ZC10孔口位移位47.22 mm，變形速率為1.21 mm/月，坡體表面深50 m左右有變形突變的現(xiàn)象，存在深部滑面的可能性，現(xiàn)場(chǎng)查勘發(fā)現(xiàn)坡體中部有變形裂縫出現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)判斷這些裂縫出現(xiàn)兩年以前，近期未見明顯張開的跡象，目前邊坡是基本穩(wěn)定的，但有緩慢變形的趨勢(shì)。

（2）壩前坡。

由于F121斷層與邊坡小角度斜交，在壩基開挖時(shí)曾沿?cái)鄬影l(fā)生三次向基坑的滑坡，由于在此區(qū)域沒有特別的支護(hù)處理，只是進(jìn)行了填渣壓坡處理，在水庫(kù)蓄水期和庫(kù)水位漲落時(shí)，邊坡穩(wěn)定性會(huì)有一定程度的降低。該區(qū)域1998年后的位移量為7.74 mm，變形速率為1.29 mm/月，較1998年的變形速率沒有明顯的降低。

（3）壩后坡。

附表 邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

壩后坡在高程120 m平臺(tái)壩在施工中曾發(fā)生過一次較大范圍的楔體破壞。后經(jīng)加固處理，加上大壩與上壩岔路間引橋直接支撐于棱體，其穩(wěn)定性進(jìn)一步改善。1997～1998年變形速率為0.54 mm/月，1998年以后的變形速率僅為0.13 mm/月，邊坡變形已基本趨于穩(wěn)定。

（4）高、低纜邊坡。

高低纜機(jī)平臺(tái)邊坡按設(shè)計(jì)坡比形成后，已經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)，邊坡變形緩慢，根據(jù)1998年后的監(jiān)測(cè)資料分析，低纜邊坡1998～2005年的變形總量為10mm，變形趨于穩(wěn)定。但高纜邊坡仍然處于緩慢的變形之中，變形速率為1mm/月，對(duì)其穩(wěn)定性仍應(yīng)重視。

（5）壩下0+161.25 m上游邊坡。

1998年以后邊坡的變形總量總體比1997年至1998年的變形總量沒有顯著的增加，年變形量小于3.0 mm，邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（6）壩下0+161.25 m～6號(hào)沖溝邊坡。

壩下0+161.25 m～6號(hào)沖溝這部分邊坡由于處于斷層較匯帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡巖體仍然處于緩慢的變形過程中。1998～2005年6月的總變形量在40 mm左右，平均年變形速率為6 mm/年，這一數(shù)值大于1997～1998年間平均變形量4.0 mm。

雖然這一區(qū)域邊坡的變形仍在緩慢發(fā)展，特別是壩下 0+240.0～0+280.0，高程（80～100）m 區(qū)間這一施工期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的部位，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，未見邊坡表面有明顯變形的痕跡。鑒于這一區(qū)域在施工期間曾發(fā)生幾起大變形事故，再加上支護(hù)深度和強(qiáng)度不夠，建議加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（7）6號(hào)～7號(hào)沖溝邊坡。

6 號(hào)～7號(hào)沖溝邊坡沖溝這部分邊坡變形緩慢，由 1997～1998年期間 0.4 mm/月變形速率降低為1998年以后的0.25 mm/月，現(xiàn)邊坡基本穩(wěn)定。

4 邊坡變形機(jī)理

（1）劈楔-棱體下楔,巖層反翹,多發(fā)生在同向邊坡。與邊坡近于平行的陡傾角斷層與軟弱夾層組合切割，形成了長(zhǎng)軸平行邊坡銳角向下的若干棱體，潛在劈楔巖體導(dǎo)致邊坡變形的可能。變形過程：棱體下楔，沿結(jié)構(gòu)面巖體劈裂。坡體側(cè)巖層反翹變陡，在坡面沿層面、斷層出現(xiàn)反坎，巖層陡立、折斷、倒伏。變形特征：邊坡向臨空方向水平變位。棱體高程下降，其外側(cè)邊坡高程抬升，巖層折斷倒伏后，垂直變位轉(zhuǎn)為高程下降；邊坡水平與垂直變位上部大于下部。

（2）傾倒-巖塊重心偏外，巖層傾倒，多發(fā)生在反向邊坡。組成邊坡單元塊體重心偏向坡外臨空面，當(dāng)軟弱夾層發(fā)育密集或厚度較大，邊坡就有可能傾倒變形。變形過程：軟弱夾層壓縮，巖層傾倒變緩；層間單元塊體下旋變位時(shí)沿層面順向錯(cuò)動(dòng)，塊體間相對(duì)逆向變位拉裂；在坡面沿層面、斷層出現(xiàn)反坎，巖層變緩傾伏。變形特征：邊坡向臨空方向水平變位，高程下降，變形量上部大于下部。

（3）巖層傾倒-巖層反翹。上部反向邊坡的傾倒變形產(chǎn)生的山壓傳遞到下部同向邊坡，迫使其反翹變形。表現(xiàn)為：上部反向邊坡巖層傾倒、傾伏、高程下降；下部同向邊坡巖層反翹、變陡、陡立、折斷、倒伏，高程先上升后下降；邊坡向臨空方向變位，在坡面沿層面、斷層出現(xiàn)反坎。

（4）卸荷-沿平行邊坡陡傾角結(jié)構(gòu)面拉裂、錯(cuò)位、傾倒。切傾向（橫向）或近水平巖層邊坡變形機(jī)理。平行邊坡追蹤狀陡傾角節(jié)理密集發(fā)育，軟弱夾層壓縮，結(jié)構(gòu)面隨機(jī)組合，巖塊重心偏向坡外，巖體拉裂、錯(cuò)位、傾倒。其表現(xiàn)為：邊坡向臨空面水平變位，高程下降，變形量上部大于下部。

5 邊坡變形特征

（1）由于工程邊坡各個(gè)部位巖體結(jié)構(gòu)與坡形、坡向組合不一，開挖卸荷使邊坡發(fā)生了特征不一、程度不同的變形。宏觀表現(xiàn)為：與河流平行的開挖邊坡水平位移矢量指向河流臨空面略偏上游方向，與巖層和軟弱層帶走向近乎垂直。垂直變位以F87-F112斷層帶為界：北側(cè)反向邊坡因傾倒變形表現(xiàn)為邊坡整體下沉，沉降量自坡頂向下由大逐漸變小；以南為同向邊坡，由于巖層反翹變形表現(xiàn)為邊坡整體上升，抬升量從上部到坡腳逐漸變小；F87～F112斷層帶為上升和下沉的過渡帶。工程邊坡施工期變形量一般為上大、下小，為推移式變形。當(dāng)邊坡下挖到控制邊坡變形與穩(wěn)定的較大軟弱結(jié)構(gòu)面后，在處理滯后或坡比過陡時(shí)，邊坡由下向上發(fā)生牽引式變形，變形速率加快，變形量下大、上小，邊坡出現(xiàn)嚴(yán)重變形，必須及時(shí)進(jìn)行加固才能仰制變形，確保邊坡穩(wěn)定、施工安全。

（2）現(xiàn)場(chǎng)觀察、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)資料證實(shí)，組成邊坡單元塊體的變形更為復(fù)雜。邊坡變形是通過巖體結(jié)構(gòu)面間的單元塊體相對(duì)變位所產(chǎn)生。由于開挖卸荷，特別是坡比過陡加之水的影響，單元塊體的穩(wěn)定條件被破壞，變形將瞬間發(fā)生，因結(jié)構(gòu)面切割形成的單元塊體長(zhǎng)軸多平行邊坡銳角向下，塊體的下旋變位指向河流臨空面，矢量與軟弱結(jié)構(gòu)面垂直。在開挖施工期，同一觀測(cè)孔、洞由淺入深，變位量一般為上大、下小或外大、內(nèi)小，表明塊體間在水平變位過程中呈拉裂狀態(tài)。反向邊坡在傾倒變形過程中巖層傾角變緩，上覆巖層相對(duì)下覆巖層順向錯(cuò)位，由內(nèi)向外軟弱層帶間的塊體發(fā)生內(nèi)降、外升相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，當(dāng)反向邊坡傾倒變形至巖層平緩時(shí)，同一巖層塊間有時(shí)出現(xiàn)內(nèi)升、外降錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象；同向邊坡巖層反翹變形傾角變陡，順軟弱夾層發(fā)生逆向錯(cuò)動(dòng)，上覆巖層相對(duì)于下伏巖層上升，同一巖層內(nèi)側(cè)巖塊相對(duì)于外側(cè)巖塊下錯(cuò)變位；D16、D61等觀測(cè)洞監(jiān)測(cè)資料驗(yàn)證了邊坡劈楔變形機(jī)理，軟弱夾屋與陡傾角斷層組合棱體相對(duì)于兩側(cè)塊體向下劈楔錯(cuò)位，棱體外側(cè)塊體向河流臨空方向反翹變形。

（3）據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析，邊坡變形是通過邊坡巖石塊體間的相對(duì)變位、位移量的疊加、累積而成，故內(nèi)觀點(diǎn)位移量比外觀點(diǎn)變形量一般要小得多。由于內(nèi)觀量測(cè)精度以微米或毫米計(jì)，對(duì)塊體間的細(xì)微錯(cuò)位、拉裂，閉合非常靈敏，邊坡嚴(yán)重變形或受到抑制的前兆，首先從內(nèi)觀資料得到反映。外觀因精度所限，反映相對(duì)遲鈍，但對(duì)工程邊坡整體變形特征、規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)顯得更為直觀。

（4）自然邊坡軟弱層帶密集分布或交匯地段蠕變松動(dòng)巖體發(fā)育深厚，為工程邊坡變形敏感部位，是發(fā)生嚴(yán)重變形或失穩(wěn)的突破口。在控制邊坡變形與穩(wěn)定的F87～F112、F151～F121斷層帶分布及交匯地段，施工期因未及時(shí)加固曾發(fā)生過嚴(yán)重變形和局部失穩(wěn)事例，并波及到相鄰部位，影響范圍廣。自然邊坡巖體完整性較好部位蠕變現(xiàn)象不明顯，工程邊坡相應(yīng)部位在開挖卸荷中對(duì)變形不甚敏感，變形量小，抗變形能力強(qiáng)，邊坡穩(wěn)定性好。

6 邊坡變形規(guī)律

（1）施工期邊坡自上而下開挖卸荷，邊坡發(fā)生變形，變形量隨向下開挖逐漸增大，變形量上部大于下部；地質(zhì)條件復(fù)雜、軟弱層帶密集部位變形量大于巖體完整總體；平行軟弱層帶和巖層走向的河流臨空面方向邊坡變形量一般大于垂直巖層走向的沖溝邊坡變形量；邊坡一般具推移式變形特征。

（2）工程邊坡由結(jié)構(gòu)面間的單元塊體組成，若其中某單元塊體變位或失穩(wěn)將對(duì)上部和相鄰塊體的變化與穩(wěn)定產(chǎn)生不同程度的影響，甚至產(chǎn)生“多米諾”效應(yīng)、波及上部及相鄰邊坡。

（3）當(dāng)工程邊坡開挖至控制邊坡變形與穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面部位，若上部坡高較大且處理滯后時(shí)，邊坡嚴(yán)重變形立即發(fā)生，并波及相鄰部位及上部邊坡，邊坡上部錨固工程拉應(yīng)力迅速加大，呈牽引式變形特點(diǎn)。在邊坡治理取得效果、變形明顯收斂，首先表現(xiàn)在相應(yīng)坡腳部位，上部邊坡相對(duì)滯后。

（4）1993年3月船閘主體工程地基開挖全面完成，開挖邊坡達(dá)到最大高度，加固處理雖大部完成，但變形未見收斂，隨船閘基礎(chǔ)混凝土澆筑上升，6號(hào)沖溝下游坡腳部位固結(jié)灌漿的完成。監(jiān)測(cè)資料表明：1993年8月25日起左岸工程邊坡整體變形明顯減緩，變形歷時(shí)曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，但中、上部變形仍相對(duì)較明顯。此后隨工程邊坡內(nèi)、外排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成完善，船閘與邊坡間回填石渣，邊坡變形逐年減緩，對(duì)降水敏感性逐年減弱，工程邊坡整體穩(wěn)定。但壩0+260至6號(hào)沖溝高程80.0 m以上邊坡變形相對(duì)敏感。

（5）左岸工程邊坡整體緩于自然邊坡；對(duì)完整性差、變形敏感的斷層密集帶和交匯部位進(jìn)行了針對(duì)加固處理；由于坡腳部位回填土石渣，工程邊坡高度比自然邊坡低；經(jīng)綜合治理邊坡整體穩(wěn)定、且穩(wěn)定性優(yōu)于自然邊坡。目前邊坡中、上部仍有些變形，是邊坡開挖到坡腳部位出現(xiàn)嚴(yán)重的牽引變形、塊體間結(jié)構(gòu)面發(fā)生拉裂的結(jié)果。在重力作用下隨邊坡塊體間的磨合調(diào)整壓密，隨著時(shí)間的推移，變形將進(jìn)一步減小，直至穩(wěn)定。對(duì)壩下0+260至6號(hào)沖溝高程80.0 m以上邊坡變形相對(duì)敏感部位，必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)處理，以保持邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定。

7 需要重點(diǎn)關(guān)注的問題

（1）鑒于1號(hào)變形體處于引航道的重要部位，應(yīng)盡快對(duì)坡體中部出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行混凝土或?yàn)r青回填，并在裂縫兩側(cè)設(shè)置測(cè)縫儀；并建議在測(cè)斜孔ZC10所在的控制斷面較高高程部位再布置兩個(gè)測(cè)斜孔。如變形發(fā)展到一定程度，宜進(jìn)行坡腳填渣區(qū)的水下地形測(cè)量，以確定坡腳的穩(wěn)定狀況。

（2）高程140m壩前坡坡面上有舊裂縫出現(xiàn)，建議加強(qiáng)對(duì)壩前坡的變形觀測(cè)。

（3）壩下 0+240.0～0+280.0，高程（80～120）m 區(qū)間支護(hù)量較小，年位移速率仍達(dá)到6 mm/年，故應(yīng)將這一部位作為重點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。