西部某電站發(fā)育一傾倒變形體成因機(jī)制分析

王 壽 宇

(水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

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·水利工程·

西部某電站發(fā)育一傾倒變形體成因機(jī)制分析

王 壽 宇

(水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

以西部某水電站傾倒變形體岸坡為例，介紹了其工程及研究區(qū)概況，分析了其變形破壞特征，從岸坡變形監(jiān)測、變形機(jī)理、失穩(wěn)的危害三方面，對岸坡進(jìn)行了勘察，得出了一些有意義的結(jié)論。

傾倒變形體，水電站，岸坡，斷面

隨著我國水電建設(shè)的大規(guī)模開展，傾倒變形體等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象被越來越多的發(fā)現(xiàn)和揭露及研究[1，2]，其對工程建設(shè)的不利影響也在日益顯露。特別是近期在多個(gè)水電工程中，無論是在壩址亦或是庫區(qū)均發(fā)現(xiàn)了若干中型～大型,甚至是巨型的傾倒變形體，其可能的失穩(wěn)威脅工程區(qū)及庫區(qū)周邊生產(chǎn)生活安全，本文結(jié)合傾倒變形機(jī)理等對西部某大型水電站庫區(qū)發(fā)育的一巨型傾倒變形體發(fā)育特征、變形破壞等進(jìn)行研究。

1 工程及研究區(qū)概況

西部某水電站位于金沙江下游河道上，電站水庫正常蓄水位600 m，死水位540 m，防洪限制水位560 m，總庫容126.7億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。工程于2013年5月水庫開始第一階段蓄水，至2013年12月蓄水至560 m，2014年9月開始第二階段蓄水，庫水位分步抬升至正常蓄水位600 m。

傾倒變形體岸坡位于電站水庫右岸，距壩址河道里程32.5 km～33.8 km，處在由上游桃兒坡溝和下游紅巖溝切割所夾的凸出山脊上。現(xiàn)場勘探、試驗(yàn)和監(jiān)測等工作，基本查明了岸坡的基本地質(zhì)條件及變形破壞特征等，該傾倒變形體岸坡高程為400 m～1 365 m，高差近千米，整體坡度約37°。邊坡順直完整，走向約N45°W，巖體為砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖和白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖及灰?guī)r組成，以薄層狀結(jié)構(gòu)為主，巖層產(chǎn)狀N0°～20°W/SW∠70°～90°，為陡傾坡外的斜順向坡。

2 變形破壞特征

1)勘探平洞揭示變形破壞特征。勘探平洞洞口高程1 044.29 m，洞向S62°E，與岸坡近于垂直，洞深252.2 m。0 m～137 m巖性為寒武系下統(tǒng)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾石膏層，137 m～252.2 m為結(jié)晶灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖，總體產(chǎn)狀：N5°～15°W/NE∠35°～55°，0 m～100 m段地層傾角35°～50°，100 m～252.2 m為40°～70°，洞內(nèi)可見巖體折斷等明顯變形現(xiàn)象(見圖1，圖2)。

2)坡體表面變形破壞。電站蓄水至540 m高程后永善縣務(wù)基鎮(zhèn)捏池村星光三組發(fā)現(xiàn)土地開裂現(xiàn)象(見圖3)，同期水位526.7 m，庫水抬升126 m。二期蓄水后，現(xiàn)場調(diào)查表明：岸坡變形破壞發(fā)生了較大的變化，主要表現(xiàn)為變形范圍進(jìn)一步有所擴(kuò)大，岸坡發(fā)育具一定規(guī)模的裂縫7條，自上而下分布高程為1 365 m緩坡平臺(tái)2條、190 m～1 233 m，1 170 m～1 190 m，1 130 m～1 190 m，1 090 m～1 130 m和1 050 m～1 100 m。其他隨機(jī)裂縫多處可見，與地層走向呈小角度相交(見圖4)。

3 岸坡變形監(jiān)測及資料分析

星光三組岸坡共布置3個(gè)監(jiān)測斷面10個(gè)地表變形監(jiān)測點(diǎn)(見圖5)，每個(gè)斷面2個(gè)～4個(gè)測點(diǎn)。斷面1由TP01～TP03測點(diǎn)組成，斷面2由TP04～TP08測點(diǎn)組成，斷面3由TP09，TP10測點(diǎn)組成。斷面1主要是監(jiān)測岸坡向上游桃兒坡溝方向的變形破壞情況，亦就是垂直地層走向方向的變形破壞；斷面2是監(jiān)測岸坡向臨空方向(金沙江)的變形破壞情況；斷面3是監(jiān)測岸坡向下游紅巖溝方向的變形破壞情況[3]。

結(jié)合監(jiān)測資料表明，水庫蓄水后，在高程1 050 m～1 230 m斜坡上和1 365 m的平臺(tái)上產(chǎn)生了7條規(guī)模較大的與巖層走向基本一致的拉裂縫和錯(cuò)臺(tái)，裂縫最大寬度1.1 m，錯(cuò)臺(tái)最大下錯(cuò)高度2.5 m，上游側(cè)桃兒坡溝和下游側(cè)紅巖溝附近產(chǎn)生了局部塌滑。監(jiān)測成果表明，自2014年6月～2016年4月，斜坡最大綜合位移194.05 mm～342.36 mm，斜坡上游側(cè)最大綜合位移460.7 mm～723.7 mm，上部平臺(tái)綜合最大位移65.14 mm～67.91 mm，從監(jiān)測成果看，岸坡變形尚未收斂，但變形速率趨緩。

4 岸坡變形機(jī)理分析

傾倒變形是河谷地區(qū)層狀結(jié)構(gòu)巖質(zhì)岸坡的一種典型變形破壞方式，主要發(fā)生在陡立的順向結(jié)構(gòu)岸坡或中～陡傾角逆向結(jié)構(gòu)岸坡中[4]。在漫長的地質(zhì)時(shí)期中，隨著河谷的下切，岸坡前部的層狀結(jié)構(gòu)巖體在自重彎矩作用下，于前緣開始向臨空方向作懸臂梁彎曲，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展；彎曲的板梁間互相錯(cuò)動(dòng)并伴有拉裂，彎曲變形巖體后緣出現(xiàn)拉裂縫，形成平行于走向的反坡臺(tái)坎和槽溝，板梁彎曲劇烈部位產(chǎn)生橫切板梁的折裂破壞。傾倒變形的發(fā)生與岸坡坡高、坡度、巖性軟弱程度及組合、岸坡巖體結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)，誘發(fā)變形的因素有地震活動(dòng)、降雨、水庫蓄水和人工開挖邊坡。據(jù)此，傾倒變形的發(fā)展一般可劃分為3個(gè)階段：1)卸荷回彈，即表生改造階段；2)板梁彎曲，裂隙發(fā)展的時(shí)效變形階段；3)板梁折裂的累進(jìn)破壞階段(見圖6)[5,6]。

并根據(jù)勘探成果，星光三組岸坡為一金沙江下切過程中形成的傾倒變形體，巖體傾倒、松弛、張裂、彎折等變形跡象明顯。水庫蓄水后，受邊坡下部巖體產(chǎn)生軟化、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度降低等因素影響，傾倒變形體變形復(fù)活，邊坡巖體向臨空方向產(chǎn)生傾倒(下沉)變形，從而在邊坡上出現(xiàn)新的張開拉裂縫、錯(cuò)臺(tái)、房屋開裂、局部塌岸等變形破壞跡象，水庫蓄水是岸坡產(chǎn)生新的變形的主要原因。

5 岸坡可能失穩(wěn)的危害

水庫蓄水后，岸坡變形體出現(xiàn)了拉裂、垮塌等變形破壞，其變形范圍主要在1 050 m～1 230 m間的楊家寨堡、1 365 m以上的張家堡堡緩坡平臺(tái)和紅巖溝、桃兒坡溝溝口一帶，其中楊家寨堡和張家堡堡居民、耕地較多，楊家寨堡、張家堡堡一帶房屋、耕地出現(xiàn)了規(guī)模不一的拉裂變形，裂縫附近的房屋也出現(xiàn)了拉裂或垮塌，嚴(yán)重威脅了居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)，岸坡失穩(wěn)破壞涌浪對下游水工建筑物、庫內(nèi)船只和左岸居民及交通設(shè)施造成威脅。且水庫左岸有S307省道、上田壩集鎮(zhèn)及附近的居民，岸坡失穩(wěn)可能威脅S307省道過往車輛和上田壩集鎮(zhèn)及附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

進(jìn)一步結(jié)合數(shù)值分析等顯示，按照穩(wěn)定性最差的強(qiáng)傾倒松動(dòng)帶一次性可能失穩(wěn)最大方量350萬m3，初估失穩(wěn)滑速21.45 m/s，預(yù)測到達(dá)對岸的滑坡最高涌浪4.39 m～4.74 m，到達(dá)下游6 km的青龍居民安置點(diǎn)最高涌浪1.73 m～2.06 m[7-9]。星光三組岸坡

局部即使整體全部失穩(wěn)，也不存在堵江的可能性。參照類似工程分析成果，強(qiáng)傾倒松動(dòng)帶失穩(wěn)以漸進(jìn)式破壞、分散解體失穩(wěn)為主，一次性整體失穩(wěn)的可能性不大，風(fēng)險(xiǎn)可控[10]。

6 結(jié)語

通過以上對變形體的相關(guān)研究分析，可得到如下初步認(rèn)識(shí)：

1)該變形體岸坡為一金沙江下切過程中形成的傾倒變形體，水庫蓄水后，變形體變形復(fù)活，產(chǎn)生傾倒變形，出現(xiàn)張開拉裂縫等變形破壞跡象，水庫蓄水是產(chǎn)生新變形的主要原因。2)地質(zhì)巡視結(jié)合監(jiān)測成果表明，岸坡變形尚未收斂，但變形速率趨緩。3)岸坡局部即使整體全部失穩(wěn)，也不存在堵江的可能，強(qiáng)傾倒松動(dòng)帶失穩(wěn)以漸進(jìn)式破壞、分散解體失穩(wěn)為主，一次性整體失穩(wěn)的可能性不大，風(fēng)險(xiǎn)可控。4)鑒于岸坡規(guī)模較大，變形未完全收斂，建議今后繼續(xù)做好邊坡安全監(jiān)測和巡視工作，并研究布置地表拉裂縫和勘探平洞內(nèi)簡易監(jiān)測的必要性[11]。5)下階段應(yīng)根據(jù)審定的星光三組岸坡穩(wěn)定性分析評價(jià)成果，按照相關(guān)規(guī)定，復(fù)核影響區(qū)范圍，提出對影響區(qū)的處理意見和建議，為移民專業(yè)研究星光三組影響區(qū)處理方式提供依據(jù)。

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Analysis on genetic mechanism of development toppling deformation body in a power station in western China

Wang Shouyu

(ChinaRenewableEnergyEngineeringInstitute,Beijing100120,China)

Taking the toppling deformation body bank slope in a power station in western China as an example, this paper introduced its engineering and research area general situation, analyzed its deformation and failure characteristics, from the bank slope deformation monitoring, deformation mechanism, the hazards of instability three aspects, made investigation to the bank slope, draw some meaningful conclusions.

toppling deformation body, hydro power station, bank slope, cross section

1009-6825(2017)17-0201-02

2017-03-14

王壽宇(1988- )，男，碩士，工程師

TU457

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