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(fā)育規(guī)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(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖、大理巖及少量炭質(zhì)板巖；受風(fēng)化差異、卸荷裂隙、地形條件等因素影響，左岸邊坡危巖發(fā)育廣泛；文章通過對所有危巖體的分布高程、范圍等統(tǒng)計，分析總結(jié)危巖體發(fā)育特征及規(guī)律，并對危巖體的防治原則提出建議。

卡拉水電站；危巖體；發(fā)育規(guī)律；防治原則

0 前 言

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

目前，許多國內(nèi)學(xué)者對卡拉水電站存在的重大地質(zhì)問題進(jìn)行了相關(guān)研究，其中黃振科、肖堯等[1-2]對卡拉水電站壩肩巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了分析及評價，并提出相應(yīng)的防治措施；鐘湖平、牟壽鵬、左雅婭、吳超凡等[3-6]對庫區(qū)內(nèi)巨型滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性評價及風(fēng)險評估，進(jìn)一步預(yù)測了滑坡失穩(wěn)及其涌浪對大壩的工程影響；龍霞、王道永等[7]通過活動構(gòu)造、斷層測年等新手段深入剖析了工程區(qū)構(gòu)造特征及活動性，并對其穩(wěn)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(jù)黃潤秋[8-9]、張倬元[10]等研究，對危巖發(fā)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(qū)內(nèi)分布廣泛。目前尚未有相關(guān)學(xué)者對該工程區(qū)危巖體的發(fā)育規(guī)律及其工程影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究，本論文以此為出發(fā)點，通過現(xiàn)場調(diào)查與室內(nèi)統(tǒng)計分析，探討了影響危巖體發(fā)育的因素，并針對其發(fā)育特征提出相應(yīng)的防治措施。

1 工程地質(zhì)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(xiāng)境內(nèi)，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(jī)容量約1 000 MW，回水至楊房溝水電站，水庫長約34 km?？値烊菁s2.34億m3，調(diào)節(jié)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(xiàn)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(fā)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(fā)育2個緩臺、9處山梁；整體上表現(xiàn)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(zhì)巖為疊加不同程度熱接觸變質(zhì)的區(qū)域低溫動力變質(zhì)巖，為中生界三疊系上統(tǒng)雜谷腦組的變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖、大理巖，含少量炭質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖，巖層產(chǎn)狀N25°～30°W/NE∠45°～70°，薄～中厚層狀為主；砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖具明顯的變余薄層狀構(gòu)造和變余泥狀結(jié)構(gòu)、變余頁理構(gòu)造；變質(zhì)細(xì)～粉砂巖可見清楚的變余砂狀結(jié)構(gòu)；大理巖類變質(zhì)結(jié)構(gòu)清楚，成分簡單，與其它變質(zhì)巖相間或呈夾層產(chǎn)出。

2 危巖體主要成因機(jī)制

2.1 巖體風(fēng)化

大理巖、變質(zhì)砂巖巖石堅硬，自身抗風(fēng)化能力相對較強，砂質(zhì)板巖次之，均明顯強于含炭質(zhì)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(fēng)化表現(xiàn)顯著，常在空間上呈陡緩交替的階坎狀，甚至局部發(fā)育較大凹巖腔，差異性風(fēng)化是壩址區(qū)危巖發(fā)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(fēng)化危巖演化示意圖

2.2 巖體卸荷

通過地質(zhì)調(diào)查，左岸坡體表層垂直卸荷裂隙發(fā)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(fā)育，見現(xiàn)場素描圖3(a)。研究區(qū)內(nèi)卸荷裂隙從形成機(jī)制上可概括為2種：一種為沿邊坡表層的中陡傾角構(gòu)造裂隙張裂、拉開形成，由這種裂隙分割的巖塊其穩(wěn)定性主要受自身張裂松馳程度或底部的緩傾角結(jié)構(gòu)面(多為層面)控制。對裂隙傾向坡外的情況，巖塊穩(wěn)定性較差，極易發(fā)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(kuò)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(yīng)力場作用下，端部發(fā)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(shù)十m2的巖塊(板)，一旦裂隙貫通到一定程度，就極易發(fā)生墜落或崩塌失穩(wěn)。

3 危巖體發(fā)育規(guī)律

地形地貌、巖性組合和巖體結(jié)構(gòu)等地質(zhì)條件的耦合構(gòu)成了危巖的賦存環(huán)境，也決定了危巖的發(fā)育特征和分布規(guī)律。通過對左岸邊坡的危巖調(diào)查、險情排查，掌握了危巖的發(fā)育分布整體情況：按數(shù)量統(tǒng)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(fā)育，局部發(fā)育于山梁間淺溝槽處。從危巖規(guī)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(shù)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(fā)育特征圖

3.1 地形條件

危巖發(fā)育與地形條件關(guān)系密切，其中最顯著體現(xiàn)在地形坡度與危巖發(fā)育之間的關(guān)系。危巖集中發(fā)育于坡度較陡的突起山脊和淺沖溝內(nèi)的陡壁等臨空條件好的位置上。危巖發(fā)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(jīng)統(tǒng)計，在全部左岸161處危巖中，以危巖發(fā)育所占面積而言，賦存于坡度50°～60°之間的危巖占大多數(shù)，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(zhì)板巖、碳質(zhì)板巖，因此，在左岸中陡傾坡內(nèi)的巖層易于發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)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(dǎo)致表部巖體拉裂解體。

據(jù)統(tǒng)計分析(見圖5)，從整體上看，左岸危巖主要發(fā)育在變質(zhì)砂巖和砂質(zhì)板巖段內(nèi)，左岸約69.5%的危巖發(fā)育于該巖性段內(nèi)。而大理巖段內(nèi)危巖發(fā)育相對較少，且規(guī)模一般不大。除此，壩址區(qū)左岸危巖發(fā)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(zhì)砂巖夾砂質(zhì)板巖為主，占危巖總面積的42.46%，其次為砂質(zhì)板巖夾變質(zhì)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(jié)構(gòu)

巖體結(jié)構(gòu)不僅直接影響到危巖的發(fā)育形式，且不同類型的巖體結(jié)構(gòu)條件下危巖發(fā)育的密度也不同。左岸表生結(jié)構(gòu)面發(fā)育，強卸荷深度大，卸荷裂隙張開寬，卸荷特征較復(fù)雜，與原生和構(gòu)造結(jié)構(gòu)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(nèi)的鑲嵌～碎裂結(jié)構(gòu)的以砂板巖為主的巖段和坡頂中厚層鑲嵌結(jié)構(gòu)的以變質(zhì)砂巖為主的巖段。其中鑲嵌～碎裂結(jié)構(gòu)為左岸危巖的主要結(jié)構(gòu)特征，在研究區(qū)廣泛分布，高達(dá)總面積的75.11%。

圖6 左岸危巖各巖體結(jié)構(gòu)占總量百分比圖

綜上所述，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和統(tǒng)計分析，左岸邊坡的危巖大多沿山梁發(fā)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(fēng)化持續(xù)進(jìn)行影響著危巖演化的整個過程。加之左岸表生結(jié)構(gòu)面廣泛發(fā)育，在層面、兩組構(gòu)造節(jié)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(tǒng)計還發(fā)現(xiàn)巖體質(zhì)量等級越低、巖體結(jié)構(gòu)越松弛，危巖發(fā)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(hù)”為主，“被動防護(hù)”為輔的原則，根據(jù)危巖的工程分類、穩(wěn)定性和危險性分級，采用綜合防治措施。明確指出不需支護(hù)和需要清除的危巖，對于那些施加部分防護(hù)即可達(dá)到安全要求的危巖，需提出具體的處理及防護(hù)措施建議。針對穩(wěn)定性極差的危巖，建議整體清除或支護(hù)；針對穩(wěn)定性差的危巖，建議局部清除加支護(hù)；針對穩(wěn)定性較差的危巖，若危險性中～大建議增加支護(hù)，若危險性小則利用被動防護(hù)措施。并在沖溝的收口部位或相對狹窄處設(shè)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(hù)、清理。由于坡表還存在較多零星分布規(guī)模較小的危石，因此針對壩肩區(qū)、壩后區(qū)有水工構(gòu)筑物的重要工程部位的邊坡上加設(shè)多道被動柔性防護(hù)網(wǎng)。

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

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

[3] 鐘湖平,龍吉勇.卡拉水電站選壩河段滑坡群成因機(jī)制及穩(wěn)定性研究[A]//中國水力發(fā)電工程學(xué)會地質(zhì)及勘探專業(yè)委員會.中國水力發(fā)電工程學(xué)會第四屆地質(zhì)及勘探專業(yè)委員會第一次學(xué)術(shù)交流會論文集.中國水力發(fā)電工程學(xué)會地質(zhì)及勘探專業(yè)委員會:,2008:10.

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

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[8] 黃潤秋.20世紀(jì)以來中國的大型滑坡及其發(fā)生機(jī)制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2007(03): 433-454.

[9] 黃潤秋, 李為樂. “5．12”汶川大地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2008(12):2585-2592.

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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(zhì)、巖土工程等領(lǐng)域的生產(chǎn)、科研工作.

TV221；TU457

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.006