張丙先，曹道寧

（長江巖土工程總公司（武漢），武漢430010）

重力壩壩基抗滑穩(wěn)定是一個普遍而又重大的技術(shù)問題，緩傾結(jié)構(gòu)面往往是構(gòu)成重力壩壩基抗滑穩(wěn)定問題的重要條件，這里所指的緩傾結(jié)構(gòu)面既包括軟弱結(jié)構(gòu)面，也包括硬性結(jié)構(gòu)面［1］。在關(guān)于壩基抗滑穩(wěn)定問題的相關(guān)工程實例報道中，絕大多數(shù)緩傾結(jié)構(gòu)面為軟弱夾層、層間剪切帶、斷層等軟弱結(jié)構(gòu)面［1-6］，涉及緩傾硬性結(jié)構(gòu)面的工程實例見兩例：三峽壩基的長大緩傾角裂隙［7］和藏木水電站壩基緩傾角裂隙［8］。某水電站壩基巖體主要為花崗片麻巖，屬堅硬巖，呈塊狀結(jié)構(gòu)，地質(zhì)勘察時發(fā)現(xiàn)壩基巖體中緩傾角裂隙相對較發(fā)育，這些緩傾角裂隙既不是軟弱結(jié)構(gòu)面，也沒達到三峽壩基中的長大緩傾角裂隙的規(guī)模，可供借鑒的經(jīng)驗較少。由于壩址巖體露頭很少，查明緩傾角裂隙、分析其對壩基抗滑穩(wěn)定性的影響成為勘察工作中一個重要任務(wù)。經(jīng)過探索，采用勘探平洞和鉆孔電視錄像獲得的資料，統(tǒng)計分析壩基巖體中緩傾角裂隙的基本特征、分布規(guī)律、發(fā)育程度、連通率，進而建立壩基抗滑穩(wěn)定計算概化模式，為壩基抗滑穩(wěn)定性計算評價提供依據(jù)，形成了一套完整的分析緩傾角裂隙對壩基抗滑穩(wěn)定性影響的技術(shù)路線，可供類似工程借鑒。

1 緩傾角裂隙基本特征

1.1 緩傾角裂隙統(tǒng)計范圍

壩基及其上下游各100m、 自建基面向下50m深度，共統(tǒng)計68個鉆孔電視錄像和9條勘探平洞揭示的緩傾角裂隙1317條。

1.2 緩傾角裂隙按走向分組

左岸主要發(fā)育NNE～NE，NEE，NWW，NNW 向4組；河床以NNE，NNW，NEE，NE向4組為主；右岸主要發(fā)育NNE，NWW，NW，NEE向4組，其中各部位走向NEE，NWW組緩傾角裂隙走向與壩軸線夾角≤30°。

1.3 緩傾角裂隙按傾角分類

傾角0°～10°占統(tǒng)計總數(shù)的8%；傾角10°～20°占統(tǒng)計總數(shù)的36%；傾角20°～30°占統(tǒng)計總數(shù)56%。

勘探平洞揭示的緩傾角裂隙跡長一般小于4m，以跡長1.0～3.0m居多。緩傾角裂隙面以平直粗糙為主，起伏粗糙次之。緩傾角裂隙多閉合，少量裂隙寬1～5mm，裂隙面附鐵錳質(zhì)、鈣質(zhì)薄膜或無充填，屬硬性結(jié)構(gòu)面。壩基巖體緩傾角裂隙的典型照片如圖1。

圖1 壩基巖體緩傾角裂隙典型照片

2 緩傾角裂隙分布規(guī)律及發(fā)育程度

勘探平洞及鉆孔電視錄像資料顯示，巖體中緩傾角裂隙呈隨機分布，發(fā)育程度不均勻?？碧狡蕉粗芯弮A角裂隙統(tǒng)計分析，水平線密度為0.05～0.18條/m。鉆孔中緩傾角裂隙統(tǒng)計分析，豎直線密度平均值其左岸0.20條/m，右岸0.22條/m，河床溢流壩段0.53條/m。對于緩傾角裂隙，豎直方向的鉆孔揭示的線密度較符合實際情況。

本次以鉆孔中緩傾角裂隙豎直線密度作為緩傾角裂隙發(fā)育程度分區(qū)的指標［7］，對壩基建基面以下50m深度范圍緩傾角裂隙的發(fā)育程度進行分區(qū)，分區(qū)界限值分別取0.2，0.4條/m，即豎直線密度≥0.4條/m為緩傾角裂隙相對發(fā)育區(qū)，0.2條/m≤豎直線密度＜0.4條/m為緩傾角裂隙次發(fā)育區(qū)、 豎直線密度＜0.2條/m為緩傾角裂隙不發(fā)育區(qū)，如圖2。

圖2 壩基巖體緩傾角裂隙發(fā)育程度分區(qū)

由圖2可知，緩傾角裂隙：河床相對發(fā)育，右岸次發(fā)育，左岸不發(fā)育。

3 緩傾角裂隙連通率

3.1 實測剖面投影法

根據(jù)平洞實測地質(zhì)資料，采用剖面投影法對勘探平洞揭示的緩傾角裂隙連通率進行測量［7］，投影距分別采用0.25m（基線兩側(cè)各0.25m）和0.50m（基線兩側(cè)各0.50m），將投影距范圍內(nèi)所有實測緩傾角裂隙向測量基線上投影進行連通率計算。計算結(jié)果為0.25m投影距時，緩傾角裂隙連通率左岸10.4%～13.7%，右岸12.8%～17.7%；計算結(jié)果為0.50m投影距時，緩傾角裂隙連通率：左岸19.5%～24.8%，右岸20.4%～26.3%。

3.2 網(wǎng)絡(luò)模擬法

首先采用Monte-Carlo模擬技術(shù)生成緩傾角裂隙網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模擬成果計算緩傾角裂隙的連通率。計算結(jié)果為0.25m投影距時，緩傾角裂隙連通率：左岸9.9%，河床18.9%，右岸15.8%；計算結(jié)果為0.5m投影距時，緩傾角裂隙連通率：左岸21.5%，河床27.1%，右岸25.4%。

4 壩基抗滑穩(wěn)定計算概化模式

4.1 緩傾角裂隙抗滑穩(wěn)定計算模式

壩基緩傾角裂隙呈隨機分布，將走向與壩軸線夾角≤30°的緩傾角裂隙視為壩基巖體抗滑穩(wěn)定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面。按最不利原則，壩基緩傾角裂隙抗滑穩(wěn)定計算基本模式可概化為雙滑面型和單滑面型兩種（如圖3）。

圖3 壩基緩傾角裂隙抗滑穩(wěn)定基本模式

4.1.1 雙滑面型

壩基巖體分別發(fā)育傾向下游和傾向上游的兩組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，上游自壩踵開始，追蹤貫穿傾向下游的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面至壩趾，與傾向上游的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面形成滑動面。

4.1.2 單滑面型

壩基巖體發(fā)育傾向上游的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，傾向下游的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，沿壩踵附近大致平行壩軸線的陡傾角結(jié)構(gòu)面拉開，追蹤貫穿傾向上游的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面于壩趾不遠處滑（剪）出。

建模過程： ①對各個壩段勘探平洞和鉆孔電視錄像揭示的緩傾角裂隙進行統(tǒng)計，分析優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面所占的比例，確定屬于雙滑面型、單滑面型或兩種模式均可能發(fā)生； ②對各個壩段的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面進行統(tǒng)計，得出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的代表性產(chǎn)狀作為抗滑穩(wěn)定計算模式的滑動面的產(chǎn)狀； ③滑動面中緩傾角裂隙按連通率考慮，其余為巖橋。

典型壩段壩基緩傾角裂隙統(tǒng)計如表1。緩傾角裂隙連通率建議值取相應(yīng)壩段或鄰近壩段計算成果最大值：其左岸壩段取24.8，河床壩段取27.1%，右岸壩段取26.3%。工程上，在巖體緩傾角結(jié)構(gòu)面連通率取值時通常取所有緩傾角裂隙連通率的值，得到的深層抗滑穩(wěn)定模式是偏于安全的。

表1 典型壩段壩基緩傾角裂隙統(tǒng)計

4.2 側(cè)向切割條件分析

4.2.1 區(qū)域性斷裂（Ⅰ級結(jié)構(gòu)面）

共2條，分布于14～18段壩基，走向5°～25°，總體傾向W，傾角72°～85°，斷層軟弱構(gòu)造巖帶寬度分別為0～2.0m，1.7～2.8m，主要為碎粉巖、碎粒巖，多表現(xiàn)為泥化物，性狀差，構(gòu)成所在部位壩基滑動的側(cè)向（順水流方向）切割條件。

4.2.2 斷層（Ⅳ級結(jié)構(gòu)面）

走向近南北向（NNE，NNW組）的陡傾角斷層與壩軸線近垂直，構(gòu)成壩基抗滑穩(wěn)定計算基本模式滑移的側(cè)向（順水流方向）切割條件。經(jīng)統(tǒng)計可知，與壩軸線近垂直的陡傾角斷層：左岸壩段較發(fā)育，右岸壩段不甚發(fā)育。

4.2.3 陡傾角裂隙（Ⅴ級結(jié)構(gòu)面）

走向近南北向（NNE，NNW組）的陡傾角裂隙與壩軸線近垂直，亦可構(gòu)成壩基抗滑穩(wěn)定計算基本模式滑移的側(cè)向（順水流方向）切割條件。統(tǒng)計可知，走向與壩軸線（方向283°）近垂直的陡傾角裂隙，兩岸壩段均較發(fā)育。

4.3 抗滑穩(wěn)定計算參數(shù)

壩基建基巖體主要為微新狀花崗片麻巖。根據(jù)現(xiàn)場原位剪切試驗成果，壩基巖體與緩傾角裂隙的抗剪強度參數(shù)建議值： 花崗片麻巖摩擦系數(shù)為1.3～1.4，黏聚力1.40～1.60MPa； 緩傾角裂隙摩擦系數(shù)0.65～0.75，黏聚力0.20～0.25MPa。

需要說明的是，壩基緩傾角裂隙概化模式是在緩傾軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育、 緩傾角裂隙作為主要滑動面的情況下得出的基本模式，壩基抗滑穩(wěn)定性需要結(jié)合庫水壓力、壩體自重等荷載進行綜合分析。

5 結(jié)語

（1）該水電站壩基巖體露頭很少，勘察手段采用勘探平洞和鉆孔電視錄像，統(tǒng)計分析壩基緩傾角裂隙的基本特征、分布規(guī)律、發(fā)育程度、連通率，作為壩基抗滑穩(wěn)定性分析和建模的依據(jù)。壩基緩傾角裂隙為硬性結(jié)構(gòu)面，跡長一般小于4m，豎直線密度0.20～0.53條/m，0.50m投影距時實測緩傾角裂隙連通率19.5%～27.1%。

（2）緩傾角裂隙的基本特征、發(fā)育程度、連通率是影響壩基抗滑穩(wěn)定的主要內(nèi)因，同時也應(yīng)考慮庫水壓力、壩體自重等荷載的影響。將走向與壩軸線夾角≤30°的緩傾角裂隙視為壩基抗滑穩(wěn)定的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，概化為雙滑面、單滑面兩種基本模式。

（3）建模過程：首先對各個壩段緩傾角裂隙進行統(tǒng)計，分析優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面所占的比例，確定屬雙滑面型、單滑面型或兼有兩種模式；然后對各個壩段的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面進行統(tǒng)計，得出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的代表性產(chǎn)狀作為滑動面；滑動面中緩傾角裂隙按連通率考慮，其余為巖橋。

（4）雖然分析成果需要施工階段的進一步驗證，但分析思路和建模過程可作為勘察階段進行預測分析的技術(shù)路線。