里底水电站坝址右岸倾倒变形岩体成因机制和变形程度

李树武 ，杨 健 ，杨永明 ，刘 昌

（1.成都理工大学环境与土木工程学院，四川 成都 610059；2.中国水电工程顾问集团公司，北京 100120；3.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西 西安 710065）

0 引言

里底水电站位于云南省迪庆州维西县巴迪乡境内，工程以发电为主，由混凝土重力坝及河床式厂房组成，装机容量420 MW，水库正常蓄水位1 818 m。坝址河谷为纵向河谷，右岸为反向坡，岸坡整体顺直，总体走向为SW187°，坡体形态较完整，1 827 m高程以下岸坡地形平缓，岸坡坡度为11°～35°，平均坡度为20°，表部大面积被坡积碎石土覆盖，基岩仅在江边洪枯水位变幅带沿河呈条带状小面积出露；1 827 m高程以上岸坡地形变陡，岸坡坡度32°～45°，平均坡度 41°，地表多为坡积层覆盖，基岩仅在冲沟底部、地形凸起等部位零星出露，山坡上植被茂密，冲沟不发育。坝址区基岩地层为二叠系上统下段深黑色、墨绿色斜长石绢云母石英千枚岩夹少量变质砂岩及微晶片岩。斜长石绢云母石英千枚岩具有明显的丝绢光泽，挤压揉皱现象强烈。经钻孔、平硐揭露，变质砂岩、微晶片岩（黑云母片岩）呈透镜体状分布，不连续。前期勘探揭露右岸边坡大面积存在倾倒变形现象，倾倒岩体存在变形程度大、深度大、折断面贯通性差等特征。

1 倾倒变形成因机制

1.1 软弱结构面的发育特征

里底坝址右岸边坡正常岩层产状为NW340°～NW357°SW∠69°～77°，反倾坡内。现场对平硐以及地表开展了软弱结构面（断层）产状的精细测量，获得的各组软弱结构面的分组及优势方位，见表1。

表1 右岸边坡弱面分组及优势方位

从表1可以看出，右岸边坡主要发育有4组软弱面。第①组倾下游坡内，占统计结构面条数90%以上，以中等倾角～陡倾角为主，主要为层间错动带，是控制右岸边坡稳定性的主要边界条件；其他三组软弱结构面均倾向坡外，其中第③组为缓倾角结构面。

1.2 硬性结构面的发育特征

根据地质勘探资料进行室内整理分析后，获得右岸各组硬性结构面（裂隙）的分组及优势方位，见表2。右岸边坡主要发育有3组硬性结构面，其中第①组倾向下游坡内，占统计条数90%以上，以中等倾角～陡倾角为主，主要沿层面发育；第②组陡倾坡外，一般在倾倒变形岩体后缘构成拉裂缝；第③组倾向上游坡内，倾倒变形岩体上、下游侧向边界主要由该组结构面控制。

表2 右岸边坡硬性结构面分组及优势方位

1.3 倾倒型变形破坏成因

通过对里底水电站坝址右岸边坡的勘探平硐和钻探进行详细的编录和地表调查，分析整理后对右岸边坡倾倒型变形破坏的成因机制有以下几点认识[1-3]：

（1）从岩性来看，绢云母石英千枚岩为层状结构的柔性岩体，是倾倒变形的物质基础，层面产状为 NW340°～NW357°SW∠69°～77°，走向与岸坡近平行并倾向山内，构成陡倾的逆向坡，为岩层向临空面发生弯曲或转动提供了力和力矩。

（2）从表1断层分组可以看出，坡体前缘有倾向坡外的缓倾角断裂发育，在最大剪应力面将发生蠕滑剪切。整个岩体中断裂发育，坡体后缘有成组的中～陡倾角的倾向坡外的断裂集中发育。

（3）裂隙的发育方向与断层接近，尤其是沿层面最为发育，占统计条数的90%以上。这些裂隙中既有不同时期、不同性质的构造裂隙，也有受河谷卸荷改造的裂隙，与断层共同为该倾倒变形体提供了发育的边界条件。

（4）岸坡地形较高陡，上游侧受里底沟，下游侧受巴丁村上游地形突变的山梁影响，加上澜沧江的河谷下切和地壳抬升，河谷两岸岩体临空，原有的应力平衡破坏，形成了梁状三面临空地形，为倾倒变形体提供了变形的空间条件。

（5）近场区断裂十分发育，除了东北角德钦-中甸-海罗断裂为北西走向和少量的近东西向的横向小断裂外，其主干断裂均为北北西-南北走向，且彼此互相平行，排列有序，构成南北向为主体的断裂系。

综合分析认为，里底水电站坝址右岸边坡变形破坏模式为倾倒型蠕动变形破坏。

1.4 倾倒型变形破坏特征

倾倒型蠕动变形多发生在似层状或层状结构的脆性陡倾岩石组成的边坡，变形破坏特征为：①各层岩块顺序向临空一侧倾倒歪斜，使表层岩层倾角逐渐变化；②由于岩层依次向临空面倾倒，层与层之间发生相对错动，使表部出现上盘向下，下盘向上的反向台阶台坎；③倾倒型蠕动变形与下部完整岩体的交接关系有渐变形和突变形两种；④倾倒变形幅度自地表向深部逐渐变小。里底水电站坝址右岸边坡倾倒变形特征，完全符合倾倒型蠕动变形模式，变形岩体与下部完整岩体的交接关系以渐变形为主。平硐PD105 24 m下游壁倾倒型蠕动变形破坏见图1。

图1 平硐PD105 24 m下游壁倾倒型蠕动变形破坏

2 倾倒型蠕动变形程度分级

弯曲倾倒是边坡失稳的主要模式之一，常见于反向层状边坡中。与正常岩层相比，倾倒岩层存在岩层倾角变小、层间错动拉裂、层面弯曲、岩层折断、甚至岩层倾向反转与坡向相同等迹象，严重者可转化为蠕滑拉裂等边坡破坏形式[4]。目前，对于岩体倾倒强烈程度可以通过岩层倾角变化、层内最大拉张量、层内单位拉张量、倾倒岩体的卸荷变形、倾倒岩体的风化特征、倾倒岩体的波速特征等单因素或多因素组合来定量分级。

变形体在垂直向有一定的分带性，自地表向深部大致可以分为4个带（见图2）：①坡崩积带。表部岩块层序已经扰乱，部分岩块曾经发生滚动，杂乱堆积并夹有大量泥土，风化严重者已经形成坡积覆盖层。②蠕动变形带。岩层扭转倾倒，倾角变化，但层序正常，岩块松动呈架空，张裂隙发育。③张裂隙发育带。岩层产状已趋正常，但岩体出现张裂隙，有时宽达数十厘米。④完整岩石带。本文在对右岸倾倒岩体现象野外调查的基础上，依据倾倒体内岩层倾角与正常区岩层倾角之间的变化幅度，对倾倒岩体的变形强烈程度进行等级划分。

图2 倾倒型蠕动变形破坏自表向深部垂直分带

根据现场大量的坑槽探、井探、钻孔、平硐揭露的地质现象，坝段右岸岩体普遍倾倒变形。为了工程应用方便，结合岩层倾倒程度（倾角变化幅度、产状扭转程度）与岩体卸荷松弛情况，将里底坝段岩体倾倒变形程度分为强倾倒、弱倾倒两个级别，里底水电站坝段岸坡倾倒变形程度分级见表3。强倾倒变形底界存在断续折断面，一般存在较为明确的边界条件，边界限定块体为影响边坡的不稳定地质体，统称 “倾倒变形体”；弱倾倒变形程度轻微，弯曲为渐变型，未折断岩层，岩体松弛迹象不明显。

表3 里底水电站坝段岸坡倾倒变形程度分级

现场对坝址右岸PD105、PD106和PD108号平硐正常岩层以及倾倒岩层产状进行了精细测量，见图3，并对硐壁分别进行了声波、地震波测试，结果见图4。依据表3分级标准对岩体倾倒变形程度进行了分级，分级结果与现场判断的结论基本吻合。

图3 PD106号平硐岩层倾角沿洞深变化趋势

图4 PD106号平硐地震波波速沿洞深变化趋势

3 结论及建议

里底坝址右岸岸坡大面积存在倾倒变形迹象，变形体上游边界以里底沟为界；下游边界以巴丁村上游地形突变的山梁为界；前缘底面高程处于1 775 m高程以上；后缘受高陡倾角结构面控制，一般处于1 920～1 850 m高程之间，分布面积约5.97万m2，强倾倒水平深度27～64 m，弱倾倒水平深度15～28 m（从强倾倒底界起算）。从倾倒变形水平深度可以看出，PD108和PD110分别位于岸坡上游侧和下游侧边界，水平变形深度相对较浅，强倾倒水平深度只有30～40 m；而PD106和PD112位于岸坡中间，水平变形深度相对较深，强倾倒水平深度达60 m左右。倾倒变形深度因地而异，总体地形凸起部位深，低凹部位浅，中间厚，两侧薄。

里底水电站右岸岩体变形成因机制为倾倒型蠕动变形破坏模式，岩层依次向临空面倾倒，层与层之间发生相对错动，倾倒变形幅度自地表向深部逐渐变小。岩层的倾倒强烈程度受岸坡结构、地层岩性、地形地貌及临空条件、构造等因素控制。倾倒岩层倾角的变化幅度与其他倾倒迹象如岩层的折裂、层间张开度及弹性波速具有良好的对应关系。利用岩层倾角的变幅与弹性波速的变化对倾倒的强烈程度进行划分是可行的。

［1］齐典涛.昌马水库倾倒变形边坡特征形成机制及发育深度［J］.西部探矿工程，2001，73（6）:47-49.

［2］王士天.四川某水库大坝左坝肩边坡变形破坏机制及整治对策探讨［J］.地质灾害与环境保护，1999，10（3）:1-5.

［3］石豫川，冯文凯，刘汉超.某水电站高边坡变形破坏模式及机制分析［J］.西南交通大学学报，2004，39（5）:609-613.

［4］刘应龙，任光明，陈强，等.反倾层状岩体倾倒变形强烈程度研究［J］.中国水运,2008，8（12）:185-187.