傾倒變形體成因機制及穩定性

孫建明

（新疆博州阿拉山口供水工程管理處，新疆 博樂833400）

1 工程概況

哈拉吐魯克水庫工程是流域規劃推薦哈拉吐魯克河河上的控制性水利樞紐工程，最大壩高85.5m。水庫具很大的綜合利用效益，例如防洪、灌溉、年調節性能等。工程建成后，替代下游灌區調蓄水庫工程，減少水庫損失，提高水資源利用效率，可改善流域1.95萬hm2灌區灌溉條件。水庫為中型Ⅲ等工程，由擋水壩、導流兼沖沙泄洪洞、溢洪道等組成。

水庫壩址區河谷右岸局部為高陡斜坡，與陡立的巖體片理呈小角度相交。傾倒彎曲的片理相互間錯動并伴有拉裂，使巖體傾倒進而形成不穩定傾倒體。

2 右岸坡卸荷傾倒變形體自然組成條件及破壞模式

2.1 傾倒體概述

傾倒體位于壩軸線右岸坡，底部位于Ⅳ級階地后緣，高差73m，順河寬100～170m。傾倒體厚20～36m，估算方量26.0萬m3。傾倒巖體變形后，產狀由65°～70°SE∠60°～80°傾倒形變為65°NW∠5°或55°NW∠15°，傾倒巖體破碎，呈碎塊狀結構，傾倒體表層片理面張開，多充填有黃色粉土。該傾倒體自然坡度34°，目前處于穩定狀態。水庫蓄水后，僅坡腳處高45m的局部段浸泡于水下。由于距壩址較近，大壩基坑開挖時可能受影響，致使該傾倒體結構改變，產生局部失穩滑動。

2.2 巖體卸荷傾倒變形體自然組成條件

傾倒變形體主要受到主要受到壩址區地形地貌、巖體結構、構造環境影響。

2.2.1 構造環境因素［1］

（1） 該變形體范圍內和周邊發育多條EW向及NWW向中、小規模斷層和裂隙，有較高的應力環境下，構造作用強烈，順層片理發育，且主壓應力方向平行于變形體主軸線，與目前主河床斜交。

（2）長期的河流自然掏刷致變形體“腳部”失穩，較高巖體在自重條件下沿著不利結構面下滑，導致巖體上部或者下部開裂。

2.2.2 原始地形地貌的影響

（1） 傾倒變形體處邊坡走向近東西向，岸坡陡立。在Ⅳ級階地后期，地殼大幅抬升，河流急速下切，抬升幅度達50m。垂直坡面發育沖溝，不斷侵蝕山體，并在較大高差的地形條件下，利于卸荷傾倒。

（2）地層巖性及結構面的影響。邊坡基巖二疊系安山巖，片理走向與邊坡呈小角度相交，片理陡傾坡外，順層片理發育，易造成巖體向主河床方向張裂［2-3］和卸荷傾倒等因素而引起地貌上的改變。

（3） 自然的地形地貌和主河道的演變對傾倒體形成提供了先決條件，巖體的巖性和發育結構面是傾倒體形成的內在因素。

2.2.3 邊坡破壞模式

邊坡形成初期，受河流快速下切影響［4］，地形陡峻，巖體自穩能力減弱，表層巖體從上部逐漸崩塌和崩落。隨著崩塌的進行，邊坡坡度逐漸變緩，當崩塌變形體的自重和下側的阻礙力相平衡時，該傾倒體基本處于穩定。所以總體上來說，邊坡的破壞強度呈逐漸減弱趨勢。

3 傾倒體穩定性分析評價

3.1 穩定性宏觀分析

傾倒體表層為二疊系安山巖的碎塊體，淺紅色碎塊、碎石，人工可以刨動，下部基巖多呈干砌石狀，屬碎塊狀結構，工程性狀差。傾倒體表層覆蓋的0.3～0.5m厚的風積粉土判斷，未見有變形跡象，也說明該傾倒體已長時間（Q4以來）處于穩定狀態。

3.2 穩定性計算分析

針對現場傾倒體發展規模及其內部的節理發育延伸情況，采用剛體極限平衡法穩定性計算公式：

式中 Fs為安全系數；φ為滑面的內摩擦角 （°）；L為滑體長度（m）；β為結構面傾角（°）；Pb為地震力，Pb=KH，KH為地震系數，根據Ⅶ度烈度確定為0.1。

沿著變形體長軸線方向作為計算剖面，現場傾倒變形體最不利滑動面在下限界面產生，進而影響上部卸荷巖體進行滑裂塌滑。該傾倒體臨近壩址，失穩后對壩址附近樞紐建筑物造成危害。根據相關規范和現場變形體的規模，將邊坡級別定性為A類一級。考慮到運行期間遇到的最不利工況，且確保安全系數達到規范要求，不同工況穩定性計算如表1。

表1 邊坡穩定性計算參數

工區氣候較干旱，降雨稀少，計算中不考慮地下水壓力的影響。巖體天然狀態下抗剪強度取黏聚力C=0.05MPa，摩擦系數f′=0.78；庫水作用下取C=0.02 MPa，f′=0.73。巖體天然重度取26.6kN/m3，飽和重度27.0kN/m3。變形體傾滑方向為河谷，阻滑力幾乎為零，如表2。

表2 傾倒體邊坡穩定性計算結果

4 變形體穩定評價

水庫運行期間，傾倒體在自重及庫水的作用下，可能會引起塌滑或蠕動變形［7-8］。傾倒體部分在正常蓄水位以下，突然塌滑可能性較小，即使塌滑后產生庫水位涌浪也較小。

5 卸荷傾倒變形體的影響及處理建議

傾倒體巖石多呈鑲嵌碎裂結構，在現狀下整體穩定，但依然會產生小規模的塌滑及掉塊，對大壩、導流洞進口等水工建筑物的安全構成威脅。將傾倒體全部清除后采取護坡，清理的棄渣可作為后壩坡的填筑料。

6 結語

（1）傾倒變形體形成因機制受地形、地層巖性、河流掏刷和結構面影響。

（2）該傾倒體緊臨壩址，處理不及時一旦失穩對樞紐建筑物影響巨大。因此，根據傾倒變形體形態、規模、工程地質條件，根據施工期和運行期間可能發生工況進行穩定性計算。

（3）為提高大壩安全儲備，需結合大壩右壩肩開挖時，將變形傾倒體進行清除，以免后患［9］。