大雅河抽水蓄能电站上水库崩塌发育规律研究

周海峰，谢福志，刘慧明

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021)

0 引言

大雅河抽水蓄能电站位于辽宁省桓仁县境内，站址距桓仁县城40 km，枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和地面开关站等组成，下水库为大雅河中上游吕家堡附近在建的夹道子水库，上水库位于大雅河左岸的一撮毛山顶上。

结合上、下水库的地形地质条件，拟定了两个上水库库址比选方案及相应的输水发电系统布置，其中一撮毛北侧鞍部方案是通过开挖两个山峰之间的鞍部，并且在鞍部两侧低洼处利用开挖料筑坝形成上水库;一撮毛山顶方案是通过开挖最高峰(一撮毛)山体和构筑混凝土重力坝形成上水库。

由于在库盆开挖过程中库内外边坡较单薄，且工程区分布多处岩体崩塌堆积物，表明工程区历史上存在岩体崩塌现象，若上水库蓄水后发生崩塌，将对库岸防渗及边坡稳定产生不利影响，进而影响到整个抽水蓄能电站的正常运行，因此对工程区内已发生崩塌的机理进行分析研究，为下一步工作提供参考。

1 崩塌影响因素分析

大雅河抽水蓄能电站工程区域内山体主要由青白口系永宁组石英砂岩和含砾石英砂岩等组成，在重力、冰劈等外力地质作用下，岩体卸荷较为强烈，并逐渐形成崩塌。其形成受以下几个方面影响:

1.1 气象水文

气象水文条件对崩塌影响最大的是大气降水和气温两个方面，桓仁地区年降水量为900 mm，冬季寒冷而漫长，最低气温可至－30 ℃。岩体裂隙中的水在冬季冻结结冰后体积膨胀，而产生冻胀力，岩体中裂隙受冻胀力影响开裂，使岩体稳定性降低。同时区内春、冬两季最大风速可达30 m/s 以上，冻涨产生的碎石因大风作用而具有较大动能，撞击着斜坡上处于极限平衡状态的岩块形成崩落。

1.2 地形地貌

工程区内山体坡度多＞45°，高差在800 m 以上，整体地形有利于落石崩落运动。区内雅河流域河谷垂直切割严重，河谷多呈不对称的U 型展布，切割深度最深可达500 m，凹岸岸坡陡峭，为崩塌的形成提供了有利条件。

1.3 地层岩性

工程区内陡坡多数由抗弯着能力较差、岩质较脆的石英砂岩及含砾石英砂岩组成，其主要特点是:各向异性明显，饱水系数大，易受冻害和其他物理风化。

1.4 岩体结构和构造

工程区内岩体一部分被近直立节理切割形成板、柱状岩体。在重力作用下，极易产生弯曲，弯曲至一定程度后折断，从而形成崩落;另一部分顺坡向层状结构的岩体，在重力、地下水及温度的作用下，逐渐裂开，在雨水冲刷或风的作用下脱离母岩，散落于坡下。因此，板柱状岩体及层状岩体也是崩塌易发的原因之一。

1.5 水文地质

工程区内边坡表面的岩体裂隙发育，为地表水入渗提供了较好条件，大气降水通过岩体裂隙成为地下水，地下水的浸泡作用使得岩体中软弱夹层强度降低，地下水的静水压力或动水压力使岩体指向坡外的压力增大，坡体的稳定性降低。同时，静水压力还减小了结构面之间有效压力，降低了摩擦力，使边坡稳定性降低。因而，地下水促进了崩塌的发生发展。

2 崩塌类型

结合野外调查及对崩塌影响因素的分析，工程区内的崩塌可分为失稳坠落式、构造坠落式、错落式和剥落式四类，其中构造坠落式崩塌为本区主要崩塌类型。

2.1 失稳坠落式崩塌

部分岩体被解构面从整体中分离出来，即由于重力、地下水、冰胀的作用，陡倾结构面的张开程度增大，岩体稳定性下降，雨季则由于地下水压力的作用失稳坠落。

2.2 构造坠落式崩塌

位于斜坡前缘的板状、柱状岩体被近直立结构面切割，在重力作用下向坡外弯曲，结构面形状发生变化，形成上宽下窄型，使大气降水等风化营力因素更容易进入岩体，由于重力、水压力及冰胀力作用，已形成的弯曲变形加剧。研究区内主要为石英砂岩，岩质较脆，抗折能力较差，板、柱状岩体更容易被折断，而坠落于坡下。若岩体中结构面存在一定缓倾角时，岩体抗折能力更差，近乎为零，更容易发生崩塌。

2.3 错落式崩塌

在岩体自重等压力作用下，具有垂直板状、柱状结构的斜坡前缘岩体，坡脚部位岩体被压裂，而发生崩塌。石英砂岩抗压强度较高，然而岩体中裂隙发育，故岩体被压裂时，多数情况是沿原有的一些微裂隙裂开。

2.4 剥落式崩塌

在重力或地下水作用下，斜坡表面片状或层状结构的岩体，有向坡下散落的现象。在温度、地下水等作用下，片状或薄层状岩体逐渐裂开，由于其质量小，产生摩擦力小，稳定性差，在雨水冲刷或风的作用下脱离母岩，散落于坡下。这种崩塌一般规模较小。

3 崩塌发育规律研究［1］

岩体作为一种不连续的地质体，内部存在着成因、类型、特性等各不相同的结构面。结构面将岩体切割成各种类型的结构体，从而形成了复杂的岩体结构。而所有岩体的结构都是由结构面和结构体两个基本要素组成的［2］。岩体结构即结构面的发育程度和组合关系，结构体的规模和排列情况。

工程区内崩塌与岩体结构特征有着密切联系。因此，为了分析崩塌机理，必须分析岩体与结构面的关系，找出其变形破坏的发展规律。

图1 工程区内结构面与结构体关系图Fig.1 Diagram showing the relationship between structural surface and structural body

根据野外调查，工程区内的结构面可分为原生、次生和构造结构面［3］，结构面使边坡稳定性降低，不同结构面的组合决定了边坡变形破坏的类型及规模，为崩塌发生奠定了基础。

根据工程区岩性特征、结构面与结构体的特性及其在岩体中排列组合的关系，工程区内易发生崩塌的边坡岩体可分为中厚层状结构和薄层—互层状结构两大类，具体工程地质特性见表1。

表1 崩塌易发岩体结构类型工程地质特性表Table 1 The structural types of rock masses which is prone to collapse and their engineering geological characteristics

4 小结

大雅河抽水蓄能电站工程区内存在大量崩塌堆积物，证明历史上发生过崩塌，为避免后续工程施工过程中诱发崩塌，故对上水库库区内崩塌进行分类，并对其崩塌发育规律进行研究，得出如下结论:

(1)由于工程区域内年降水量较大，两季温差低，覆盖层较薄，故应于雨季及冬季对施工区域内的危岩体进行重点监测，以预防由崩塌引起的损失。

(2)工程区内的主要崩塌类型为由顺层岩体引发的构造坠落式崩塌，崩塌易发岩体结构为中厚层状结构和薄层—互层状结构，在后续施工过程中应对此种类型岩体进行重点监测。

［1］胡厚田.崩塌与落石［M］.北京:中国铁道出版社，1989.

［2］亚南，王兰生，赵其华.崩塌落石运动学的模拟研究［J］.地质灾害与环境保护，1996，7(2):25－32.

［3］黄润秋，刘卫华，周江平.滚石运动特征试验研究［J］.岩土工程学报，2007，29(9):1 296－1 302.