小水电工程边坡稳定影响因素综述

孙国伟

(黔南州电力建设管理站,贵州都匀 558000)

小水电工程边坡稳定影响因素综述

孙国伟

(黔南州电力建设管理站,贵州都匀 558000)

黔南地区碳酸盐岩广布,碎屑岩则分布其间,受河流的侵蚀切割,地表起伏大,地貌类型复杂多样,地质灾害常见,边坡失稳(崩塌、滑坡等)便是其现象之一。在小水电工程建设和运行过程中,其枢纽各建筑物均会遇到边坡稳定问题,文章从工程地质角度入手,重点阐述影响边坡稳定的因素,据此并结合实际对边坡进行分类,从而提出防范边坡失稳之对策措施。

黔南小水电 边坡稳定 影响因素 分类与措施

1 概述

黔南地区属喀斯特地貌的典型分布区，碳酸盐岩广泛发育，出露面积约占总面积的73%。该区属热带湿润季风气候，具有湿热多雨的特点。区内经历过多期地壳运动，地质构造以“川黔南北向构造”为基本骨架，亦有北西向、北东向、北北东向构造及近东西向弧形构造。受河流的侵蚀切割，地表崎岖不平，海拔高程303m—1961m，属中低山盆谷地区，具有山原的特点，地形地貌类型复杂多样。在该区兴建小水电工程，其枢纽各建筑物均会遇到边坡稳定问题，边坡失稳破坏是一种地质灾害，边坡内部结构和物质组成等的不同，造成边坡破坏的类型亦不同。目前边坡稳定分析方法众多，就工程地质角度而言则多以定性分析为主，必要时进行半定量或定量分析。通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制的分析，对边坡的稳定性状况及发展趋势作出分类和评价并提出确保边坡稳定之对策措施。

2 影响边坡稳定性的因素

影响边坡稳定性的因素归纳为环境因素(地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、自然地理现象等)和工程因素(工程措施、施工条件、运行管理等)。

2.1 岩石性质和岩体结构

岩性包括岩石的化学水理和物理力学性质。岩石在饱和水条件下的力学强度是影响边坡稳定的重要因素。在坚硬和半坚硬的岩石中，岩性对边坡的稳定性影响不是最主要的；塑性岩石以及吸水易膨胀的岩石等，通常具有风化速度快，力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等特性，可明显降低滑面处岩石的抗剪强度。

岩体结构包括结构面和结构体。结构面系指具有方向、规模、形态和特性的面、缝、层等各种地质界面。结构体系指各结构面切割岩体的单元岩块。岩体结构系指结构面和结构体的特性以及它们之间的排列组合。结构面之诸因子均影响边坡的稳定，边坡失稳皆因不利组合体沿底滑面向临空方向产生滑动、张裂、崩塌和蠕动变形等。影响边坡稳定的岩体结构因素如下：

(1)结构面的倾向和倾角：同向边坡的稳定性较反向边坡差，在同向边坡中结构面倾角小于坡角属不稳定型边坡。(2)结构面的走向：当结构面倾向和走向与坡面平行或两者走向夹角很小时，整个坡面都具有临空自由滑动的条件，对边坡的稳定最为不利。结构面走向与边坡走向夹角愈大，对边坡的稳定愈有利。(3)结构面的组数和数量：结构面的组数和数量，直接影响被切割岩块的大小，它不仅影响边坡的稳定性，亦决定边坡变形破坏的形式。(4)结构面的连续性：在边坡稳定计算中，是把结构面假定为连续的，而实际情况往往并非如此，所以解决实际工程问题时，应认真研究结构面的连续性。

(5)结构面的起伏差和表面性质：在结构面上正应力低的情况下，起伏差使有效摩擦角增大；正应力过大，在滑动过程中不允许因为爬坡而产生岩体的隆胀时，则出现滑动的条件必须是剪断结构面上互相咬合的起伏岩石，因而结构面的抗剪强度。如果结构面上充填的软弱物质的厚度大于起伏差的高度时，就应当以软弱充填物的抗剪强度为计算依据。(6)软弱结构面：软弱结构面主要指岩体结构面充填有一定厚度的抗剪强度低、可变性大的软弱充填物质或地质形成的软弱夹层，是岩体中最薄弱的环节，是控制岩体变形破坏的关键。岩体侵水后，软弱面的软化系数明显下降。

2.2 地质构造

地质构造因素，包括区域构造特点、边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙发育特征以及区域新构造运动活动特点等。一般来说，边坡岩体经受的构造变动的次数愈多，愈强烈，岩层的节理裂隙就愈发育，边坡的稳定性也就愈差。况且地质构造通常与水、风化等因素共同影响边坡岩体诸特性，故地质构造对边坡稳定，特别是对岩质边坡稳定的影响是十分明显的。例如，缓倾角顺向断裂可构成底滑面、陡倾角断裂可构成横向、纵向切割面或临空面(压缩变形带)。

2.3 水的作用

水对边坡的稳定性影响显著。在水下透水边坡将承受水的浮托力作用，而不透水的边坡坡面将承受静水压力，处于充水的张开裂隙将承受裂隙水压力，地下水的渗流活动则将对坡体产生动水压力；另外水对边坡岩体还具有溶解、软化、冲刷等作用。这—切都将使岩体松散、破碎并不同程度地增加岩体结构面的贯通性和透水性等，直接影响边坡的稳定平衡现状，从而导致边坡变形与破坏。

2.4 风化作用

风化作用使得岩体化学水理和物理力学性质发生质变。岩体的岩性、强度、结构等特性进一步恶化，从而降低了边坡的稳定性，提升了边坡变形与破坏的可能性。而且风化程度越，稳定坡角越小，边坡稳定性就越差。

2.5 其它因素

大爆破和机械振动都可能引起边坡应力的瞬时变化；长期的开采爆破也可以使岩体产生疲劳效应；地应力也是控制边坡岩体节理裂隙发育及边坡变形特征的重要因素；边坡高度、长度、平剖面形态、边坡的临空条件以及运行管理、气候条件、植物生长等都会影响边坡的稳定。

3 边坡工程地质分类

黔南地区边坡多由变质岩(板岩)、沉积岩(碳酸盐岩、碎屑岩)、残坡积岩(粘土、碎石土)等组成，小水电工程边坡依据其岩性、层厚、结构面、产状、坡度、坡高等组合特征并结合实际分类如下：

3.1 岩质边坡

(1)块体结构边坡：坡体由巨厚层块状岩石组成，边坡一般较稳定，属稳定型边坡。但应注意不利结构面组合以及结构面充填、风化、水等因素的不利影响。(2)层状同向缓倾结构边坡：坡体由坚硬层状岩石组成，坡面与层面同向，坡角大于岩层倾角，岩层层面被坡面切断，其组合特征不利于边坡稳定，属欠稳定型边坡。若岩层中有软弱夹层，在风化、水、开挖、爆破等因素的影响下，易产生顺层滑动、张裂变形等。(3)层状同向陡倾结构边坡：坡体由坚硬层状岩石组成，坡面与层面同向，坡角小于岩层倾角，岩层层面未被坡面切断，其组合特征有利于边坡稳定，属稳定型边坡。但应注意不利结构面组合等因素的影响，尤其是薄层岩层或软弱夹层分布的坡体，因开挖可能诱发边坡倾倒、蠕动变形等。(4)层状反向结构边坡：坡体由坚硬层状岩石组成，坡面与层面反向，其组合特征有利于边坡稳定，属稳定型边坡。但应注意不利因素影响其张裂、倾倒变形等。(5)层状斜向结构边坡：坡体由坚硬层状岩石组成，坡面走向与岩层走向呈一定夹角，其组合特征有利于边坡稳定，属稳定型边坡。但应注意不利因素影响其崩塌、楔状滑动变形等。(6)碎裂结构边坡：坡体由坚硬岩石组成，但被強烈发育之不规则结构面切割成碎裂状，其组合特征不利于边坡稳定，属不稳定型边坡。在水、开挖、爆破等因素的影响下，易产生崩塌、坍滑变形等。

3.2 土质边坡

坡体由土体(粘土、碎石土)组成，以粘粒为主或以碎石、砂砾土为主，其结构松散、强度低、易软化、崩解、膨胀等特性不利于边坡稳定，属不稳定型边坡。例如高陡边坡，开挖后若自然条件进一步恶化，更易产生整体滑动变形等。再如库岸边坡因库水骤降，亦易诱发坍塌、滑坡变形等。而沟谷段渠道边坡因输水或地表水、地下水作用可能引起变形滑动。

3.3 混合边坡

边坡下部由岩体组成，而边坡上部则由土体组成；或边坡下部由土体组成，而边坡上部则由岩体组成。其结构组合特点不利于边坡稳定，属欠稳定型边坡。在土体与岩体接触带地下水活动频繁，风化作用 強烈，若上部为高陡边坡，而接触面与坡面同向，且倾角较大时，易产生土体滑动或岩体崩塌。

4 边坡稳定处理措施

在小水电工程勘察、建设和运行过程中，从库区到厂区，其枢纽各建筑物均会遇到边坡稳定问题，依据其影响因素分析和边坡工程地质分类对边坡变形破坏类型作出定性判定，以预防为主，争对性防范治理为原则，就边坡稳定提出如下处理措施：

4.1 稳定型边坡的处理

稳定型边坡包括块体结构边坡、层状同向陡倾结构边坡、层状反向结构边坡和层状斜向结构边坡(Ⅰ、Ⅱ级)。当存在不利结构组合和施工方法不当时，边坡局部失稳不可避免，它可能会以松弛张裂、倾倒、蠕动、局部崩塌或楔状滑动等变形破坏形式出现。处理措施应视实际情况：(1)对可能局部拉裂崩塌或楔状滑动的块体结构或斜向结构边坡 釆取锚固，必要时适当清除等措施；(2)对可能松弛张裂的陡倾或反向结构边坡 釆取加固、防渗或排水等措施；(3)对可能弯曲倾倒或蠕动的陡倾或反向边坡 釆取削坡、锚固，坡高时设置马道等措施。

4.2 不稳定型边坡的处理

不稳定型边坡包括层状同向缓倾结构边坡、碎裂结构边坡、土质边坡和混合边坡(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级)。不稳定型边坡的岩土体结构或存在不利组合，或自身松散等特性，在不受干扰的情况下通常处于自然稳定临界状态。在其它环境或工程因素的影响下，稳定平衡便发生变化，边坡失稳不可避免。它可能会以顺层滑动、蠕滑、崩塌、坍滑、坍塌、滑坡、蠕动和错落等变形破坏形式出现。处理措施应视实际情况：(1)对可能顺层剪切滑动或蠕滑的滑面采取挖除、回填、锚固、支挡和排水等措施；(2)对可能拉裂崩塌或坍滑的碎裂结构边坡采取适当清除、喷锚和排水，并按稳定坡角开挖等措施；(3)对可能剪切滑坡、坍塌、蠕动的(粘土、碎石土)土质边坡采取按稳定坡角开挖、削坡压脚、内外排水和监测调度等措施；(4)对可能剪切滑动、坍滑和错落的混合边坡采取按稳定坡角开挖、设置抗剪墙或承重墙、防水和排水等措施。

5 结语

小水电工程依其建筑和功能等特点，所涉及的边坡稳定影响因素不少、范围不小，突显探讨边坡稳定问题之重要。本文从工程地质角度入手，重点阐述影响边坡稳定的因素，据此并结合实际对边坡进行分类，从而提出防范边坡失稳之对策措施。笔者认为该文章对地区小水电工程建设和发展具有参考价值或实用价值。

[1]《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》.(5337-2006)[S].2005.

[2]《中小型水利水电工程地质勘察规范》.(SL55-2005)[S].2005.

孙国伟(1959-),男,贵州瓮安人,高级工程师,主要从事水利水电工程勘察设计及管理工作。