五强溪左岸高边坡稳定分析

熊立新

（五凌电力有限公司 长沙市 410004）

1 左岸高边坡概况

五强溪水电站左岸高边坡自坝轴线至下游尾端之间长约500 m，最大坡高165 m，为前震旦系板溪群五强溪组的千枚状板岩、砂质板岩、砂岩、石英砂岩、石英岩组成，具典型次复理式建造。⑤～⑥冲沟的边坡走向约700，与岩层走向一致，上部为反向坡，坡角约300，岩层倾向与坡面近于正交，坡顶高程203.00 m，中部为平缓过渡带，坡角200，下部为顺向坡，坡角400～450，岩层倾向与坡面一致；⑥～⑦冲沟自然边坡坡角400～500，坡顶标高200.00 m，自然边坡走向约500。⑤、⑥、⑦冲沟近于垂直干流的边坡发育，平均坡降28%～47%，均常年有水。在自然边坡上存在④～⑧蠕变松动体，局部坍塌堆积、滑坡等物理地质现象广布。

边坡经多次构造运动，岩层褶皱剧烈，断层发育，分布广、规模大，NEE断层组最为发育，断层破碎带最大出露宽度达22m，探洞揭露的NNW卸荷裂隙发育深度达44 m。山体顶部强风化岩体深达60 m，⑥～⑦冲沟之间水平风化深度大于80 m。

附图为左岸高边坡示意图。

2 边坡监测系统（附表）

3 边坡变形速率

（1）1号变形区。

附图 左岸高边坡示意图

1 号变形区在施工期间曾发生几次坡脚失稳，后经削坡、坡脚填渣压脚等处理，边坡基本稳定，但安全裕度不大。根据钻孔侧斜仪观测资料分析，2000年2月～2005年5月测斜孔ZC10孔口位移位47.22 mm，变形速率为1.21 mm/月，坡体表面深50 m左右有变形突变的现象，存在深部滑面的可能性，现场查勘发现坡体中部有变形裂缝出现，根据现场判断这些裂缝出现两年以前，近期未见明显张开的迹象，目前边坡是基本稳定的，但有缓慢变形的趋势。

（2）坝前坡。

由于F121断层与边坡小角度斜交，在坝基开挖时曾沿断层发生三次向基坑的滑坡，由于在此区域没有特别的支护处理，只是进行了填渣压坡处理，在水库蓄水期和库水位涨落时，边坡稳定性会有一定程度的降低。该区域1998年后的位移量为7.74 mm，变形速率为1.29 mm/月，较1998年的变形速率没有明显的降低。

（3）坝后坡。

附表 边坡监测系统

坝后坡在高程120 m平台坝在施工中曾发生过一次较大范围的楔体破坏。后经加固处理，加上大坝与上坝岔路间引桥直接支撑于棱体，其稳定性进一步改善。1997～1998年变形速率为0.54 mm/月，1998年以后的变形速率仅为0.13 mm/月，边坡变形已基本趋于稳定。

（4）高、低缆边坡。

高低缆机平台边坡按设计坡比形成后，已经受长时间的考验，边坡变形缓慢，根据1998年后的监测资料分析，低缆边坡1998～2005年的变形总量为10mm，变形趋于稳定。但高缆边坡仍然处于缓慢的变形之中，变形速率为1mm/月，对其稳定性仍应重视。

（5）坝下0+161.25 m上游边坡。

1998年以后边坡的变形总量总体比1997年至1998年的变形总量没有显著的增加，年变形量小于3.0 mm，边坡基本处于稳定状态。

（6）坝下0+161.25 m～6号冲沟边坡。

坝下0+161.25 m～6号冲沟这部分边坡由于处于断层较汇带，节理裂隙发育，边坡岩体仍然处于缓慢的变形过程中。1998～2005年6月的总变形量在40 mm左右，平均年变形速率为6 mm/年，这一数值大于1997～1998年间平均变形量4.0 mm。

虽然这一区域边坡的变形仍在缓慢发展，特别是坝下 0+240.0～0+280.0，高程（80～100）m 区间这一施工期重点监测的部位，但根据现场踏勘，未见边坡表面有明显变形的痕迹。鉴于这一区域在施工期间曾发生几起大变形事故，再加上支护深度和强度不够，建议加强监测。

（7）6号～7号冲沟边坡。

6 号～7号冲沟边坡冲沟这部分边坡变形缓慢，由 1997～1998年期间 0.4 mm/月变形速率降低为1998年以后的0.25 mm/月，现边坡基本稳定。

4 边坡变形机理

（1）劈楔-棱体下楔,岩层反翘,多发生在同向边坡。与边坡近于平行的陡倾角断层与软弱夹层组合切割，形成了长轴平行边坡锐角向下的若干棱体，潜在劈楔岩体导致边坡变形的可能。变形过程：棱体下楔，沿结构面岩体劈裂。坡体侧岩层反翘变陡，在坡面沿层面、断层出现反坎，岩层陡立、折断、倒伏。变形特征：边坡向临空方向水平变位。棱体高程下降，其外侧边坡高程抬升，岩层折断倒伏后，垂直变位转为高程下降；边坡水平与垂直变位上部大于下部。

（2）倾倒-岩块重心偏外，岩层倾倒，多发生在反向边坡。组成边坡单元块体重心偏向坡外临空面，当软弱夹层发育密集或厚度较大，边坡就有可能倾倒变形。变形过程：软弱夹层压缩，岩层倾倒变缓；层间单元块体下旋变位时沿层面顺向错动，块体间相对逆向变位拉裂；在坡面沿层面、断层出现反坎，岩层变缓倾伏。变形特征：边坡向临空方向水平变位，高程下降，变形量上部大于下部。

（3）岩层倾倒-岩层反翘。上部反向边坡的倾倒变形产生的山压传递到下部同向边坡，迫使其反翘变形。表现为：上部反向边坡岩层倾倒、倾伏、高程下降；下部同向边坡岩层反翘、变陡、陡立、折断、倒伏，高程先上升后下降；边坡向临空方向变位，在坡面沿层面、断层出现反坎。

（4）卸荷-沿平行边坡陡倾角结构面拉裂、错位、倾倒。切倾向（横向）或近水平岩层边坡变形机理。平行边坡追踪状陡倾角节理密集发育，软弱夹层压缩，结构面随机组合，岩块重心偏向坡外，岩体拉裂、错位、倾倒。其表现为：边坡向临空面水平变位，高程下降，变形量上部大于下部。

5 边坡变形特征

（1）由于工程边坡各个部位岩体结构与坡形、坡向组合不一，开挖卸荷使边坡发生了特征不一、程度不同的变形。宏观表现为：与河流平行的开挖边坡水平位移矢量指向河流临空面略偏上游方向，与岩层和软弱层带走向近乎垂直。垂直变位以F87-F112断层带为界：北侧反向边坡因倾倒变形表现为边坡整体下沉，沉降量自坡顶向下由大逐渐变小；以南为同向边坡，由于岩层反翘变形表现为边坡整体上升，抬升量从上部到坡脚逐渐变小；F87～F112断层带为上升和下沉的过渡带。工程边坡施工期变形量一般为上大、下小，为推移式变形。当边坡下挖到控制边坡变形与稳定的较大软弱结构面后，在处理滞后或坡比过陡时，边坡由下向上发生牵引式变形，变形速率加快，变形量下大、上小，边坡出现严重变形，必须及时进行加固才能仰制变形，确保边坡稳定、施工安全。

（2）现场观察、地质力学模型试验和监测资料证实，组成边坡单元块体的变形更为复杂。边坡变形是通过岩体结构面间的单元块体相对变位所产生。由于开挖卸荷，特别是坡比过陡加之水的影响，单元块体的稳定条件被破坏，变形将瞬间发生，因结构面切割形成的单元块体长轴多平行边坡锐角向下，块体的下旋变位指向河流临空面，矢量与软弱结构面垂直。在开挖施工期，同一观测孔、洞由浅入深，变位量一般为上大、下小或外大、内小，表明块体间在水平变位过程中呈拉裂状态。反向边坡在倾倒变形过程中岩层倾角变缓，上覆岩层相对下覆岩层顺向错位，由内向外软弱层带间的块体发生内降、外升相对错动，当反向边坡倾倒变形至岩层平缓时，同一岩层块间有时出现内升、外降错动现象；同向边坡岩层反翘变形倾角变陡，顺软弱夹层发生逆向错动，上覆岩层相对于下伏岩层上升，同一岩层内侧岩块相对于外侧岩块下错变位；D16、D61等观测洞监测资料验证了边坡劈楔变形机理，软弱夹屋与陡倾角断层组合棱体相对于两侧块体向下劈楔错位，棱体外侧块体向河流临空方向反翘变形。

（3）据监测资料分析，边坡变形是通过边坡岩石块体间的相对变位、位移量的叠加、累积而成，故内观点位移量比外观点变形量一般要小得多。由于内观量测精度以微米或毫米计，对块体间的细微错位、拉裂，闭合非常灵敏，边坡严重变形或受到抑制的前兆，首先从内观资料得到反映。外观因精度所限，反映相对迟钝，但对工程边坡整体变形特征、规律、发展趋势显得更为直观。

（4）自然边坡软弱层带密集分布或交汇地段蠕变松动岩体发育深厚，为工程边坡变形敏感部位，是发生严重变形或失稳的突破口。在控制边坡变形与稳定的F87～F112、F151～F121断层带分布及交汇地段，施工期因未及时加固曾发生过严重变形和局部失稳事例，并波及到相邻部位，影响范围广。自然边坡岩体完整性较好部位蠕变现象不明显，工程边坡相应部位在开挖卸荷中对变形不甚敏感，变形量小，抗变形能力强，边坡稳定性好。

6 边坡变形规律

（1）施工期边坡自上而下开挖卸荷，边坡发生变形，变形量随向下开挖逐渐增大，变形量上部大于下部；地质条件复杂、软弱层带密集部位变形量大于岩体完整总体；平行软弱层带和岩层走向的河流临空面方向边坡变形量一般大于垂直岩层走向的冲沟边坡变形量；边坡一般具推移式变形特征。

（2）工程边坡由结构面间的单元块体组成，若其中某单元块体变位或失稳将对上部和相邻块体的变化与稳定产生不同程度的影响，甚至产生“多米诺”效应、波及上部及相邻边坡。

（3）当工程边坡开挖至控制边坡变形与稳定的软弱结构面部位，若上部坡高较大且处理滞后时，边坡严重变形立即发生，并波及相邻部位及上部边坡，边坡上部锚固工程拉应力迅速加大，呈牵引式变形特点。在边坡治理取得效果、变形明显收敛，首先表现在相应坡脚部位，上部边坡相对滞后。

（4）1993年3月船闸主体工程地基开挖全面完成，开挖边坡达到最大高度，加固处理虽大部完成，但变形未见收敛，随船闸基础混凝土浇筑上升，6号冲沟下游坡脚部位固结灌浆的完成。监测资料表明：1993年8月25日起左岸工程边坡整体变形明显减缓，变形历时曲线出现明显拐点，但中、上部变形仍相对较明显。此后随工程边坡内、外排水网络系统形成完善，船闸与边坡间回填石渣，边坡变形逐年减缓，对降水敏感性逐年减弱，工程边坡整体稳定。但坝0+260至6号冲沟高程80.0 m以上边坡变形相对敏感。

（5）左岸工程边坡整体缓于自然边坡；对完整性差、变形敏感的断层密集带和交汇部位进行了针对加固处理；由于坡脚部位回填土石渣，工程边坡高度比自然边坡低；经综合治理边坡整体稳定、且稳定性优于自然边坡。目前边坡中、上部仍有些变形，是边坡开挖到坡脚部位出现严重的牵引变形、块体间结构面发生拉裂的结果。在重力作用下随边坡块体间的磨合调整压密，随着时间的推移，变形将进一步减小，直至稳定。对坝下0+260至6号冲沟高程80.0 m以上边坡变形相对敏感部位，必要时应补强处理，以保持边坡长期稳定。

7 需要重点关注的问题

（1）鉴于1号变形体处于引航道的重要部位，应尽快对坡体中部出现的裂缝进行混凝土或沥青回填，并在裂缝两侧设置测缝仪；并建议在测斜孔ZC10所在的控制断面较高高程部位再布置两个测斜孔。如变形发展到一定程度，宜进行坡脚填渣区的水下地形测量，以确定坡脚的稳定状况。

（2）高程140m坝前坡坡面上有旧裂缝出现，建议加强对坝前坡的变形观测。

（3）坝下 0+240.0～0+280.0，高程（80～120）m 区间支护量较小，年位移速率仍达到6 mm/年，故应将这一部位作为重点加强监测。