卡拉水電站左岸邊坡危巖體發育規律與防治原則

閆興田

(福建華東巖土工程有限公司，福州 350003)

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卡拉水電站左岸邊坡危巖體發育規律與防治原則

閆興田

(福建華東巖土工程有限公司，福州 350003)

卡拉水電站左岸邊坡出露的巖性主要有變質砂巖、砂質板巖、大理巖及少量炭質板巖；受風化差異、卸荷裂隙、地形條件等因素影響，左岸邊坡危巖發育廣泛；文章通過對所有危巖體的分布高程、范圍等統計，分析總結危巖體發育特征及規律，并對危巖體的防治原則提出建議。

卡拉水電站；危巖體；發育規律；防治原則

0 前 言

危巖是指位于陡崖或陡坡上被巖體結構面切割且易失穩的巖石塊體及其組合，其形成、失穩與運動屬于斜坡動力地貌過程的主要表現形式。危巖，尤其是高位危巖，對樞紐區影響非常大，其穩定與否與下部工程構筑物在施工期及運營期的安全密切相關。

目前，許多國內學者對卡拉水電站存在的重大地質問題進行了相關研究，其中黃振科、肖堯等[1-2]對卡拉水電站壩肩巖質高邊坡的穩定性問題進行了分析及評價，并提出相應的防治措施；鐘湖平、牟壽鵬、左雅婭、吳超凡等[3-6]對庫區內巨型滑坡進行了穩定性評價及風險評估，進一步預測了滑坡失穩及其涌浪對大壩的工程影響；龍霞、王道永等[7]通過活動構造、斷層測年等新手段深入剖析了工程區構造特征及活動性，并對其穩定性作出評價。

卡拉水電站左岸為逆向坡，相對右岸而言，坡度相對較陡，巖體更加破碎松弛，淺表層改造更為活躍。據黃潤秋[8-9]、張倬元[10]等研究，對危巖發育演化有較大影響的卸荷裂隙主要為坡表垂直卸荷裂隙，這類裂隙在研究區內分布廣泛。目前尚未有相關學者對該工程區危巖體的發育規律及其工程影響進行系統的研究，本論文以此為出發點，通過現場調查與室內統計分析，探討了影響危巖體發育的因素，并針對其發育特征提出相應的防治措施。

1 工程地質條件

卡拉水電站位于雅礱江中游，四川省涼山州木里縣卡拉鄉境內，電站初選水庫正常蓄水位1 986.00 m，壩頂高程約1 991.00 m，最大壩高約128 m，初選總裝機容量約1 000 MW，回水至楊房溝水電站，水庫長約34 km。總庫容約2.34億m3，調節庫容約0.370億m3。

左岸山體雄厚，邊坡陡峻。邊坡頂部高程2 900.00 m以上至分水嶺，地形平緩，殘積層相對較厚，平均為5～10 m，植被茂盛；邊坡在上部(高程約2 900.00～2 400.00 m之間)沿山脊在地貌上表現為“巴掌狀”收攏，地形相對平緩，為河谷寬谷段；而邊坡在下部高程2 400.00 m以下，地形較陡，為窄谷段，其山梁呈平行排列，坡表地形完整性較差，呈山梁與淺溝槽相間發育的微地貌特征；坡表地形在縱向上有起伏，呈陡緩交替狀，橫向上局部有小的緩坡(35°～45°)和小陡壁(70°～90°)，發育2個緩臺、9處山梁；整體上表現為上緩下陡，見圖1。

圖1 左岸山梁、緩臺分布示意圖

左岸邊坡出露的主要變質巖為疊加不同程度熱接觸變質的區域低溫動力變質巖，為中生界三疊系上統雜谷腦組的變質砂巖、砂質板巖、大理巖，含少量炭質板巖、泥質板巖，巖層產狀N25°～30°W/NE∠45°～70°，薄～中厚層狀為主；砂質板巖、炭質板巖具明顯的變余薄層狀構造和變余泥狀結構、變余頁理構造；變質細～粉砂巖可見清楚的變余砂狀結構；大理巖類變質結構清楚，成分簡單，與其它變質巖相間或呈夾層產出。

2 危巖體主要成因機制

2.1 巖體風化

大理巖、變質砂巖巖石堅硬，自身抗風化能力相對較強，砂質板巖次之，均明顯強于含炭質板巖。左岸邊坡表面巖體由于不同巖性呈層組合展布，因此，在地形上巖石差異性風化表現顯著，常在空間上呈陡緩交替的階坎狀，甚至局部發育較大凹巖腔，差異性風化是壩址區危巖發育主要因素之一。坡表危巖演化過程如圖2所示。

圖2 差異性風化危巖演化示意圖

2.2 巖體卸荷

通過地質調查，左岸坡體表層垂直卸荷裂隙發育密集，平行岸坡的陡傾角卸荷裂隙在陡峭的岸坡上頗為發育，見現場素描圖3(a)。研究區內卸荷裂隙從形成機制上可概括為2種：一種為沿邊坡表層的中陡傾角構造裂隙張裂、拉開形成，由這種裂隙分割的巖塊其穩定性主要受自身張裂松馳程度或底部的緩傾角結構面(多為層面)控制。對裂隙傾向坡外的情況，巖塊穩定性較差，極易發生崩塌破壞，見圖3(b)。另一種卸荷裂隙裂面呈弧形，中段光滑，兩端粗糙。從裂隙的擴展方式分析，是坡面附近的基體裂隙在單向或一向受壓一向受拉的應力場作用下，端部發生拉張破裂所致，見圖3(c)。它們將邊坡表層巖體分割成面積十幾～數十m2的巖塊(板)，一旦裂隙貫通到一定程度，就極易發生墜落或崩塌失穩。

3 危巖體發育規律

地形地貌、巖性組合和巖體結構等地質條件的耦合構成了危巖的賦存環境，也決定了危巖的發育特征和分布規律。通過對左岸邊坡的危巖調查、險情排查，掌握了危巖的發育分布整體情況：按數量統計，危巖(帶)共161處，從危巖分布上來看，呈垂直分帶性，于2400.00 m高程以上主要展布于陡壁上，2 400.00 m以下主要沿山梁發育，局部發育于山梁間淺溝槽處。從危巖規模上看，體積大于5 000 m3的有7處；1 000～5 000 m3有21處；100～1 000 m3有94處，占半數以上，約58.3%；10～100 m3有36處；小于10 m3僅有3處。

圖3 卸荷回彈裂隙發育特征圖

3.1 地形條件

危巖發育與地形條件關系密切，其中最顯著體現在地形坡度與危巖發育之間的關系。危巖集中發育于坡度較陡的突起山脊和淺沖溝內的陡壁等臨空條件好的位置上。危巖發育的地形坡度一般在45°～70°之間，局部陡崖約85°，危巖多在微地形陡緩交替的較陡處，賦存位置邊坡坡度多為50°～80°之間，見圖4。經統計，在全部左岸161處危巖中，以危巖發育所占面積而言，賦存于坡度50°～60°之間的危巖占大多數，約占43.45%；除此，坡度大于80°占1.07%；70°～80°之間占12.66%；60°～70°之間占32.80%；50°～60°之間占43.45%；低于50°僅占10.03%。

圖4 左岸危巖各坡度占總的百分比圖

3.2 巖性組合

左岸邊坡巖性組合中夾有較軟弱的砂質板巖、碳質板巖，因此，在左岸中陡傾坡內的巖層易于發生彎曲變形，導致整個邊坡淺表部均有不同程度地傾倒，如邊坡深部基巖原始傾角一般55°～65°，而表部變形后傾角一般35°～45°，局部更緩僅10°左右，甚至由于傾倒變形導致表部巖體拉裂解體。

據統計分析(見圖5)，從整體上看，左岸危巖主要發育在變質砂巖和砂質板巖段內，左岸約69.5%的危巖發育于該巖性段內。而大理巖段內危巖發育相對較少，且規模一般不大。除此，壩址區左岸危巖發育受巖性組合影響極大，以單一巖性形成的危巖，僅占總面積的22.5%，其余均為多種巖性組合形成的危巖。其中又以變質砂巖夾砂質板巖為主，占危巖總面積的42.46%，其次為砂質板巖夾變質砂巖。

圖5 左岸危巖各巖性組合占總量百分比圖

3.3 巖體結構

巖體結構不僅直接影響到危巖的發育形式，且不同類型的巖體結構條件下危巖發育的密度也不同。左岸表生結構面發育，強卸荷深度大，卸荷裂隙張開寬，卸荷特征較復雜，與原生和構造結構面組合致使巖體塊裂、板裂特征明顯。從圖6可見，左岸危巖主要于強卸荷帶內的鑲嵌～碎裂結構的以砂板巖為主的巖段和坡頂中厚層鑲嵌結構的以變質砂巖為主的巖段。其中鑲嵌～碎裂結構為左岸危巖的主要結構特征，在研究區廣泛分布，高達總面積的75.11%。

圖6 左岸危巖各巖體結構占總量百分比圖

綜上所述，據現場調查和統計分析，左岸邊坡的危巖大多沿山梁發育于坡度約50°～70°陡壁中，坡表起伏，往往具有較好的臨空條件。況且不同巖性組合也影響著危巖的分布位置，特別是硬巖夾軟巖或硬軟巖互層這類地層中，差異性風化持續進行影響著危巖演化的整個過程。加之左岸表生結構面廣泛發育，在層面、兩組構造節理面和垂直卸荷裂隙的密集切割下，危巖塊體大多確定。同時，統計還發現巖體質量等級越低、巖體結構越松弛，危巖發育的密度就越大，反之亦然。

4 防治措施原則

危巖防治的總體思路是以“主動防護”為主，“被動防護”為輔的原則，根據危巖的工程分類、穩定性和危險性分級，采用綜合防治措施。明確指出不需支護和需要清除的危巖，對于那些施加部分防護即可達到安全要求的危巖，需提出具體的處理及防護措施建議。針對穩定性極差的危巖，建議整體清除或支護；針對穩定性差的危巖，建議局部清除加支護；針對穩定性較差的危巖，若危險性中～大建議增加支護，若危險性小則利用被動防護措施。并在沖溝的收口部位或相對狹窄處設置透水性好的鋼筋攔渣籠(壩)，攔截匯于沖溝滾落的危巖和其它危險源，同時對攔渣籠(壩)要定期維護、清理。由于坡表還存在較多零星分布規模較小的危石，因此針對壩肩區、壩后區有水工構筑物的重要工程部位的邊坡上加設多道被動柔性防護網。

[1] 黃振科,傅少君,湯鵬.卡拉水電站壩肩巖質高邊坡穩定性分析[J].中國農村水利水電,2012(06):146-151.

[2] 肖堯.卡拉水電站左岸壩肩邊坡穩定性分析及評價[D].成都：成都理工大學,2011.

[3] 鐘湖平,龍吉勇.卡拉水電站選壩河段滑坡群成因機制及穩定性研究[A]//中國水力發電工程學會地質及勘探專業委員會.中國水力發電工程學會第四屆地質及勘探專業委員會第一次學術交流會論文集.中國水力發電工程學會地質及勘探專業委員會:,2008:10.

[4] 牟壽鵬.卡拉水電站崗尖滑坡體穩定性分析[J].山西建筑,2011(02):210-211.

[5] 左雅婭.卡拉水電站上田鎮滑坡成因機制及穩定性研究[D].成都：成都理工大學,2011.

[6] 吳超凡,邱占林,肖樹煊,林金洪. 雅礱江右岸某巨型滑坡變形機理及穩定性分析[J].南水北調與水利科技,2013,(06):110-113,119.

[7] 龍霞,王道永,王運生,李奎,孫東. 卡拉水電站工程區前波斷層特征及活動性研究[J].水文地質工程地質,2009(03):82-85.

[8] 黃潤秋.20世紀以來中國的大型滑坡及其發生機制[J].巖石力學與工程學報, 2007(03): 433-454.

[9] 黃潤秋, 李為樂. “5．12”汶川大地震觸發地質災害的發育分布規律研究[J].巖石力學與工程學報,2008(12):2585-2592.

[10] 張倬元. 滑坡防治工程的現狀與發展展望[J].地質災害與環境保護,2000(02):89-97.

Development Law and Prevention/Treatment Principles of Dangerous Rockmass on Left Slope, Kala Hydropower Project

YAN Xingtian

(Fujian Huadong Geotechnical Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350003,China)

The outcrop lithology of left bank, Kala Hydropower Project, mainly covers deteriorated sand rock, sandy slate, marble and carbonaceous slate in a little quantity. Impacted by weathering difference, unloading fracture and topographic conditions, the dangerous rockmass on left bank is developed widely. Through statistics of elevation and scope of all dangerous rock masses distribution, in the paper, the development characteristics and law of the dangerous rock mass are analyzed and concluded as well as proposals for prevention and treatment of the dangerous rock mass are provided.Key words: Kala Hydropower Project; dangerous rock mass; development law; prevention and treatment principle

1006—2610(2016)05—0024—04

2016-03-17

閆興田(1981- )，男，工程師，從事水電工程地質、巖土工程等領域的生產、科研工作.

TV221；TU457

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.006