某水庫工程左岸高邊坡穩(wěn)定性評價

馬 龍

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院地質(zhì)勘察研究所，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

1.1 地形地貌

該工程壩址處段河道為SE向，河水流向122°。河段為橫向谷，兩岸較順直，壩址處河谷呈“V”型，正常蓄水位2170m時，河谷寬約440m。現(xiàn)代河床呈一槽狀河谷，河拔35-45m，底寬10-30m。兩岸地形不對稱，左岸山體高大雄厚，基巖裸露，邊坡高陡，最大坡高約470m，坡頂高程2440m，f8斷層在地形上形成順坡埡口，以此為界，岸坡地形發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，上部(壩頂以上)邊坡陡立，坡高260m左右，自然邊坡55°-65°，局部近直立；下部(壩頂以下)邊坡相對平緩，自然邊坡40°-60°，岸坡受構(gòu)造及風化作用，形成溝梁相間地形，梁部較溝底高出5-20m，梁寬10-30m(圖1)。

1.2 地層巖性

壩址區(qū)分布有早元古界地層和第四系。

1)早元古界(Pt1)：為壩址區(qū)主要地層，巖性主要為灰黑色的二云母石英片巖、長石黑云母石英片巖，局部發(fā)育黑云母斜長片麻巖，片理總體產(chǎn)狀40-60°NW∠25°-40°，微波狀起伏，小褶曲發(fā)育(圖片1-2)，呈片理面結(jié)合牢固的薄層狀結(jié)構(gòu)，片理間咬合力好。二云母石英片巖中黑云母和白云母含量相近，各占15%-20%，白云母含量少，僅占1%左右。壩址區(qū)兩岸局部發(fā)育青灰色二云母斜長石變粒巖巖脈，呈條帶狀產(chǎn)出，厚度一般1.0-2.0m，局部厚約3.5-6m。

2)第四系(Q)：壩址區(qū)第四系分布面積廣，按成因可分為風積、洪積、崩坡積、沖積：①上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)：主要分布于壩址區(qū)兩岸Ⅲ-Ⅳ級階地，厚度一般2-13m，礫石磨圓較好，成份以花崗巖、變質(zhì)片巖為主，結(jié)構(gòu)密實。②全新統(tǒng)洪積層(Q4pl)：主要分布于壩址區(qū)兩岸沖溝內(nèi)，巖性為碎石土層，厚度與沖溝規(guī)模成正比，一般1-3m。③全新統(tǒng)崩坡積層(Q4cold)：主要分布于壩址兩岸、沖溝坡腳及局部河岸邊，巖性為含土碎、塊石，局部含直徑10m的大孤石，結(jié)構(gòu)松散，具架空結(jié)構(gòu)，厚度4-15m。④全新統(tǒng)沖積層(Q4al)：分布于現(xiàn)代河床，厚度3.7-19.3m，主要為砂卵礫石層，含直徑60-80cm的漂石，卵礫石磨圓一般，成份以花崗巖、片麻巖，云母石英片巖等為主，結(jié)構(gòu)中密-密實。⑤全新統(tǒng)坡風積層(Q4dleo)：零星分布于壩址區(qū)兩岸斜坡及階地面，為粉土，結(jié)構(gòu)疏松至中密，厚度隨地形變化，在右岸斜坡面厚度一般2-5m，左岸山坡及階地面1-3m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)測繪表明，壩址處為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀40-60°NW∠25°-40°，無區(qū)域性斷裂分布。根據(jù)壩址區(qū)結(jié)構(gòu)面的規(guī)模和性狀，依據(jù)規(guī)范分級標準，對壩址區(qū)結(jié)構(gòu)面進行了分級，見表1。

表1 壩址區(qū)結(jié)構(gòu)面規(guī)模分級表

1)節(jié)理裂隙：

通過地面測繪及平洞描繪，對壩址區(qū)基巖節(jié)理裂隙進行統(tǒng)計分析，繪制節(jié)理玫瑰花圖，得出節(jié)理裂隙優(yōu)勢方向。

左岸發(fā)育3組裂隙，其中優(yōu)勢方向為NWW向，其次為NE向裂隙，見圖1。

圖1 壩址左岸NW向構(gòu)造

①NWW組：走向280-320°，以傾NE為主，傾角65-85°，面粗糙，大部分閉合無充填，個別傾SW，卸荷張開，發(fā)育間距不等，小則1-2m，大則50m以上，延伸較長，一般20-50m，個別100m以上；②NE組：走向30-50°，傾NW約占80%，傾角一般15-35°，局部60-70°；傾SE占20%，傾角85°，面粗糙，閉合無充填，間距2-4m，延伸長一般5-15m；③NNW組：走向330-350°，傾向NE，傾角70-80°，面粗糙，閉合無充填，發(fā)育間距不等，小則1-2m，大則50m以上，延伸較長，一般20-50m，個別100m以上。

圖21 壩址左岸節(jié)理玫瑰花圖

右岸發(fā)育2組裂隙，其中優(yōu)勢方向為NWW-NNW向，NE向裂隙個別發(fā)育，見圖3。

①NWW-NNW組：走向290-350°，以傾NE為主，個別傾SW，傾角65-85°，面粗糙，大部分閉合無充填，發(fā)育間距不等，小則1-2m，大則50m以上，延伸較長，一般20-50m，個別100m以上；在右岸河槽陡坎處發(fā)育個裂隙310°SW∠40°，發(fā)育間距10m左右，延伸長50-100m；②NE組：為順層結(jié)構(gòu)面，走向35-55°，傾NW，傾角25-45°，面粗糙，閉合無充填，間距2-4m，延伸長一般5-15m。

圖3 壩址2右岸節(jié)理玫瑰花圖

2)斷層：

據(jù)地質(zhì)測繪，壩址基巖裸露，無大的斷層分布，主要發(fā)育次級斷層f1-f14等， f2等NWW向斷層最發(fā)育，延伸長，寬度一般0.5-1.0m，出露長度50-1000m，傾角70°-80°；f9等NE向斷層帶寬一般0.2-0.5m，出露長度70-250m，傾角20°-50°。

2 壩址左岸高邊坡穩(wěn)定性評價

左岸山體高陡雄厚，坡頂高程2440m，河拔470m，岸坡整體走向NW向。岸坡基巖裸露，巖性為二云母石英片巖，局部夾黑云母斜長片麻巖，片理產(chǎn)狀40°-60°NW∠25°-40°，片理面與岸坡大角度相交，傾上游偏岸里。左岸邊坡為橫向逆向坡，巖層及主要裂隙面均傾向岸里或傾向上游偏岸里。

為進一步分析岸坡結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響，本次采用中國水科院結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計與邊坡穩(wěn)定性分析程序—YCW，對岸坡分布的結(jié)構(gòu)面進行統(tǒng)計分析，在結(jié)構(gòu)面分組的基礎(chǔ)上進行了邊坡的穩(wěn)定性分析評價。

失穩(wěn)模式判斷是在結(jié)構(gòu)面分組的基礎(chǔ)上，與已知結(jié)構(gòu)面或斷層組合，并根據(jù)開挖面的方位，對邊坡進行失穩(wěn)模式判斷[1]。在赤平投影圖上，利用開挖面在各個方向的視傾角投影點，連接成開挖面正負20°的范圍區(qū)域，當某組結(jié)構(gòu)面或斷層落入該區(qū)域且傾角大于摩擦角時，認為有可能沿該組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動破壞；若兩結(jié)構(gòu)面交線的赤平投影點落在滑動區(qū)，則有可能產(chǎn)生楔形體滑動；傾倒區(qū)是定義在與開挖面的相反方向正負10°的范圍，傾角(120°—坡面角)至90°之間，若結(jié)構(gòu)面赤平投影點落在傾倒區(qū)，將有可能產(chǎn)生傾倒破壞。YCW用圖解的方法，方便快捷地作出邊坡失穩(wěn)模式判斷，判定邊坡是否穩(wěn)定，如果不穩(wěn)定，將給出有可能產(chǎn)生滑動、傾倒或楔形體破壞的那一種破壞形式，以及三種破壞的組合方式。

利用YCW程序進行左岸節(jié)理裂隙統(tǒng)計及赤平投影圖繪制，見圖4，通過裂隙統(tǒng)計進行了結(jié)構(gòu)面分組，見表1，在結(jié)構(gòu)面分組的基礎(chǔ)上進行了穩(wěn)定性分析，見圖5。

表1 壩址2左岸結(jié)構(gòu)面分組表

等值線圖

赤平投影圖(上半球)

圖5 壩址左岸坡穩(wěn)定性分析圖

穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，左岸坡可能的失穩(wěn)模式是結(jié)構(gòu)面1∶280°-320°NE∠ 65°-85°切割形成的傾倒破壞，分區(qū)進行評價如下。

A區(qū)：為壩肩以上岸坡，自然邊坡55°-70°，邊坡高陡，發(fā)育NW向裂隙，傾角均>70°，傾向以NE為主，面平直閉合，個別傾SW裂隙向坡頂張開，有卸荷跡象，在PD13平洞內(nèi)78m處張開寬約2-3cm，豎向位移不明顯，卸荷輕微，除此岸坡其余部位裂隙均閉合，發(fā)育間距大，巖體完整性好，片理面產(chǎn)狀連續(xù)性好，未發(fā)現(xiàn)傾倒變形跡象，也未發(fā)現(xiàn)卸荷裂隙與其它結(jié)構(gòu)面形成的不利組合，該區(qū)岸坡整體穩(wěn)定[2]。

該區(qū)岸坡的主要破壞模式是在裂隙與片理面組合切割下淺表層巖體局部崩塌，形成3處較大危巖體(W10、W11和W11’)和隨機分布的危石，估算總方量約10.9萬m3，對趾板構(gòu)成威脅，建議采取處理措施。

B區(qū)：為壩肩以下岸坡，自然邊坡40°-50°，相對較緩，地形溝梁相間，片理面傾上游偏岸里，產(chǎn)狀連續(xù)性好，未發(fā)現(xiàn)較大斷層通過，未發(fā)現(xiàn)傾倒變形跡象，岸坡整體穩(wěn)定，僅在小山梁部位發(fā)育卸荷裂隙。

岸坡小山梁在結(jié)構(gòu)面切割作用下，形成較多卸荷巖體，共確定較大危巖體19處(W1-W9和W12-W21)，其中W1-W9位于趾板以上，對趾板構(gòu)成威脅，建議采取處理措施。

綜合分析，壩址左岸坡整體穩(wěn)定，僅局部發(fā)育危巖體，可結(jié)合建筑物布置進行處理。

3 結(jié) 論

本工程采用YCW圖解的方法，方便快捷地作出邊坡失穩(wěn)模式判斷，判定邊坡是否穩(wěn)定。經(jīng)分析岸坡的主要破壞模式是在裂隙與片理面組合切割下淺表層巖體局部崩塌，形成3處較大危巖體(W10、W11和W11’)和隨機分布的危石，估算總方量約10.9萬m3，對趾板構(gòu)成威脅。岸坡小山梁在結(jié)構(gòu)面切割作用下，形成較多卸荷巖體，共確定較大危巖體19處(W1-W9和W12-W21)，其中W1-W9位于趾板以上，對趾板構(gòu)成威脅，需進行處理措施。