王銘欣，張 曦，李志遠(yuǎn)

（1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都610059）

作為我國重要的大型水電站工程，其尾水洞出口邊坡巖體結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，可能會(huì)對尾水洞出口邊坡施工及以后的安全運(yùn)行帶來隱患。根據(jù)前期野外工作和后期分析研究，表明尾水洞出口邊坡結(jié)構(gòu)面主要以陡傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)出，緩傾結(jié)構(gòu)面傾向坡外，邊坡整體穩(wěn)定性較差。邊坡的變形破壞模式主要表現(xiàn)為滑移—拉裂破壞和冒落式破壞。

1 邊坡工程地質(zhì)條件

尾水洞出口邊坡位于霧化橫剖面2下游約150m處，導(dǎo)流洞下游215m處，坡段順河長約150m，自然邊坡總體走向?yàn)镹44°W，坡向SW，坡度60°～70°，臨江部位坡度較陡。

尾水洞出口系統(tǒng)由2條尾水洞平行布置組成，尾水洞工程邊坡軸線方向N20°E，開挖范圍沿軸線方向長約70m，垂直軸線寬度最高達(dá)150m。出口開挖底板高程2 459.4m，開挖坡比為1︰0.3，開挖坡高約100m，洞臉邊坡走向N44°W。

邊坡出露巖性單一，由花崗巖組成。巖體風(fēng)化卸荷情況為：弱上風(fēng)化強(qiáng)卸荷巖體定為Ⅳ類巖體，發(fā)育深度在水平方向約20m，弱風(fēng)化弱卸荷巖體定為Ⅲ類巖體，分為Ⅲ1、Ⅲ2兩個(gè)亞類，發(fā)育深度在水平方向上約30m［1］。第四系覆蓋層主要為谷坡的崩坡積、坡殘積，崩積物主要分布在尾水洞上游坡腳處，陡坎處有坡殘積及植物覆蓋（圖1）。

圖1 尾水洞出口邊坡地質(zhì)平面圖

邊坡巖體中結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，據(jù)地表結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)，主要可見5組，其中以①、②兩組最為發(fā)育，③組次之，④、⑤兩組發(fā)育程度較低。結(jié)構(gòu)面的具體性狀特征見表1。

2 邊坡巖體結(jié)構(gòu)及變形破壞模式

根據(jù)前述對邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征的分析，尾水洞出口邊坡構(gòu)造形跡呈NE及NW向展布，主要以陡傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)出，緩傾結(jié)構(gòu)面傾向坡外，邊坡整體穩(wěn)定性較好。邊坡的變形破壞模式主要表現(xiàn)為局部隨機(jī)危巖塊體，以及在風(fēng)化作用下，受第⑤組順河向陡傾坡外結(jié)構(gòu)面及第①組結(jié)構(gòu)面控制的冒落式破壞，其中第①組結(jié)構(gòu)面構(gòu)成頂部切割面，第⑤組順河向陡傾結(jié)構(gòu)面構(gòu)成滑移面，洞臉邊坡有強(qiáng)卸荷底界作為滑移面，結(jié)構(gòu)面④作為拉裂面發(fā)生的破壞，內(nèi)側(cè)邊坡有結(jié)構(gòu)面①作為滑移面，結(jié)構(gòu)面④作為拉裂面發(fā)生的破壞［2］。

表1 尾水洞出口邊坡結(jié)構(gòu)面性狀特征

3 邊坡整體穩(wěn)定性評價(jià)

3.1 計(jì)算模型建立

根據(jù)地表出露斷層和地表裂隙統(tǒng)計(jì)情況，尾水洞出口邊坡主要發(fā)育有5組結(jié)構(gòu)面：（1）偏上游，傾坡外的一組緩傾結(jié)構(gòu)面；（2）偏下游，傾坡外的一組中陡傾結(jié)構(gòu)面；（3）略偏上游，陡傾角的一組結(jié)構(gòu)面；（4）中陡傾上游的一組結(jié)構(gòu)面；（5）順河向，陡傾的一組結(jié)構(gòu)面。邊坡的穩(wěn)定性主要受陡傾結(jié)構(gòu)面及強(qiáng)卸荷底界控制。邊坡的變形破壞模式主要為陡傾結(jié)構(gòu)面和強(qiáng)卸荷底界的滑移拉裂型，工程邊坡將滑移拉裂破壞，以下以尾水洞洞臉邊坡的穩(wěn)定性作計(jì)算分析。

由尾水洞出口邊坡1?？v剖面、2＃橫剖面（圖2～3）可知，工程邊坡開挖部位處于弱上風(fēng)化強(qiáng)卸荷帶內(nèi)，在大方量開挖切腳之后勢必進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整而向開挖臨空面卸荷，使邊坡局部處于不穩(wěn)定狀態(tài)。主要潛在破壞方式為以弱上風(fēng)化強(qiáng)卸荷巖體底界為潛在滑移面，以陡傾結(jié)構(gòu)面為拉裂面發(fā)生滑移拉裂破壞，具體組合模式見表2。

表2 尾水洞不利結(jié)構(gòu)面組合模式表

圖2 尾水洞出口工程地質(zhì)2＃橫剖面圖

圖3 尾水洞出口工程地質(zhì)1?？v剖面圖

3.2 計(jì)算結(jié)果及安全性評價(jià)

采用一般條分、畢肖普、簡布3種方法對邊坡在天然、暴雨、地震3種工況下的穩(wěn)定性做了計(jì)算［3］，其中地震工況取50a一遇超越概率為5%時(shí)的基巖水平加速度峰值為181.4g。計(jì)算參數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)面的性狀特征，依照成勘院提供的力學(xué)參數(shù)表選定。計(jì)算結(jié)果見表3。

尾水洞出口邊坡一帶（左岸2＃橫剖面一帶），邊坡上部受Ⅳ類巖體控制，計(jì)算結(jié)果表明，穩(wěn)定性系數(shù)在天然工況下為1.223～1.347，暴雨工況下為1.154～1.286，地震工況下為1.027～1.177，表明該處邊坡在地震工況下處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)；尾水洞出口邊坡一帶（左岸1?？v剖面一帶），穩(wěn)定性系數(shù)在天然工況下為1.240～1.843，暴雨工況下為1.168～1.765，地震工況下為1.051～1.089，表明該處邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 尾水洞出口邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

4 邊坡局部穩(wěn)定性分析

據(jù)尾水洞設(shè)計(jì)方案，洞臉邊坡產(chǎn)狀為：N44°W／SW∠63°，內(nèi)外側(cè)邊坡產(chǎn)狀為：N20°E／SE∠74°，N20°E／NW∠74°，N20°E／直立。分別發(fā)育有4組結(jié)構(gòu)面：N45°E／NW∠28°，N87°E／SE∠56°，N80°E／NW∠80°，N65°E／NW∠60°。對尾水洞出口邊坡的裂隙組合與開挖面的關(guān)系作赤平投影分析（圖4～5）。由赤平投影分析可得：洞臉邊坡中，1和2可以構(gòu)成楔形塊體，滑移面角度較小不致構(gòu)成破壞。內(nèi)側(cè)邊坡中，1和2也可以構(gòu)成楔形塊體，滑移面角度較小不致構(gòu)成破壞［4］。

5 邊坡穩(wěn)定性綜合評價(jià)

尾水洞出口工程邊坡巖體巖性為燕山早期茨瑪絨侵入體（ηγ52），由花崗巖組成，巖體風(fēng)化卸荷比較強(qiáng)烈，自然邊坡總體為陡傾結(jié)構(gòu)邊坡，自然邊坡整體處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡巖體主要為Ⅳ類巖體，開挖坡比為1︰0.3，每25m設(shè)3m寬馬道。因?yàn)檫吰碌拈_挖坡比大于邊坡巖體的穩(wěn)定坡比，且開挖坡高最大為100m，工程邊坡可能存在安全隱患。

圖5 左岸尾水洞內(nèi)外側(cè)邊坡赤平極射投影圖

尾水洞出口邊坡一帶（左岸2＃橫剖面一帶），邊坡上部受Ⅳ類巖體控制，計(jì)算結(jié)果表明，穩(wěn)定性系數(shù)在天然工況下為1.209～1.401，暴雨工況下為1.148～1.335，地震工況下為1.049～1.330，表明該處工程邊坡在暴雨和地震工況下處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)；左岸尾水洞出口邊坡一帶（左岸1?？v剖面一帶），穩(wěn)定性系數(shù)在天然工況下為1.278～1.319，暴雨工況下為1.213～1.256，地震工況下為1.059～1.00，表明該處工程邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡淺表部存在不利的隨機(jī)塊體組合。

6 處理措施建議

鑒于上述穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果，建議對邊坡作如下處理：

（1）洞臉邊坡作一定量的預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，以防止洞臉邊坡以陡傾結(jié)構(gòu)面為拉裂面，以強(qiáng)卸荷底界為底滑面的變形破壞；

（2）因邊坡淺表部均存在不穩(wěn)定隨機(jī)組合塊體，且?guī)r性相對較軟弱，建議對邊坡作全斷面錨桿支護(hù)，并進(jìn)行噴漿或掛網(wǎng)處理［5］。

7 結(jié)語

通過研究分析，對尾水洞出口邊坡巖體穩(wěn)定性做出評價(jià)，得到以下主要結(jié)論：

（1）尾水洞出口邊坡巖體相對較發(fā)育，通過計(jì)算可以得出，在天然和暴雨工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）尾水洞出口邊坡巖體局部穩(wěn)定性通過赤平投影分析，主要以楔形滑移塊體為主，但是考慮到滑移角度較小，故產(chǎn)生破壞的可能性很小。

（3）尾水洞出口邊坡根據(jù)具體情況應(yīng)做相應(yīng)支護(hù)。

［1］周志東，胡卸文，張倬元，等.西南某水電站壩肩巖體質(zhì)量分級(jí)方法選取探討 ［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999 （1）：1－8.

［2］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，2009：278－296.

［3］張季如.邊坡開挖的有限元模擬和穩(wěn)定性評價(jià)［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21（6）：843－847.

［4］王思敬.赤平極射投影方法在巖體穩(wěn)定分析中的應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，1975.

［5］張發(fā)明，劉漢龍，趙維炳.預(yù)應(yīng)力錨索加固巖質(zhì)邊坡的設(shè)計(jì)實(shí)例［J］.巖土力學(xué)，2000，21（2）：177－179.