溪洛渡水电站进水口高边坡稳定性分析

苏 星

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

溪洛渡水电站进水口高边坡稳定性分析

苏 星

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

溪洛渡水电站两岸进水口底板至谷肩的边坡总高度均超过200 m，其安全稳定对工程施工及电站的永久运行关系重大。因两岸边坡具有相似的工程地质条件，根据该电站的特点，结合前期勘察成果、施工期开挖揭示的地质现状及水工建筑物的要求，以现场收集的资料为基础，对右岸高边坡的稳定性和危岩体的形成机理、破坏过程进行了分析并采取了相应的支护处理措施。

高边坡；稳定性；危岩体；形成机理

1 工程概况

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江峡谷，最大坝高285.5 m，以发电为主，兼有拦沙、防洪、改善下游航运等综合效益。工程枢纽由混凝土双曲拱坝、两岸引水发电建筑物、泄洪消能建筑物等组成。

河谷断面呈较对称的“U”型，河谷宽阔平缓，两岸山体陡峭雄厚由二叠系上统峨嵋山玄武岩组成（P2β），根据其生成年代的先后及岩性的差异共左分为14个岩流层，各岩流层上部主要为角砾（集块）熔岩，中下部为玄武岩，属坚硬～极坚硬岩。坝区无断层发育，主要地质构造为各种性状的结构面，包括层间、层内错动带、裂隙及柱状节理。玄武岩致密坚硬，抗风化能力强，风化作用主要沿裂隙和层间、层内错动等软弱面（带）进行，具有典型的裂隙式和夹层状风化特征。

右岸进水口边坡总高度大于200 m，进水口底板高程516 m，谷肩高程785～740 m；边坡总长度282.5 m，自下游至上游共布置9台机组，编号依次为10～18号机组，间距30.5 m。610 m高程处设置开挖平台，平台以下为开挖边坡，总高度94 m；平台以上除坡肩进行浅层削坡处理、坡脚因工程需要进行开挖外，大部分以自然边坡为主，总高度130～170 m。

2 开挖边坡稳定性分析

2.1 边坡基本地质条件及开挖现状

右岸电站进水口610 m平台以下为开挖边坡，出露的岩性主要为P2β7～P2β11层含斑玄武岩、致密状玄武岩和角砾熔岩，岩层总体产状平缓倾下游、偏左岸，边坡为弱风化～微新岩体，宏观岩体结构表现为以次块状结构为主，局部块状、镶嵌结构。边坡岩体结构面较发育，控制性结构面为层间错动带和规模较大的层内错动带，层间错动带涉及C7～C11，产状总体为N15°～30°E／SE∠4°～7°倾下游，偏左岸，顺河向贯穿整个边坡，主错带及影响带宽度可达10～30 cm，均以含屑角砾型为主，部分岩屑角砾型。

层内错动带受层间错动带控制，普遍为小于30°的缓倾角，出露长度一般25～40 m左右，个别规模较大，延伸长度大于100 m；带宽多为2～5 cm，以含屑角砾型为主。层内错动带可集中发育，主要特征为数量多、间距小，部分交汇形成夹层状风化破碎带。

裂隙较发育，P2β7～P2β11各层上部的角砾熔岩中长大裂隙为其主要特点，延伸长度多在5～10 m，间距大于1 m，且多近顺坡向发育，以中陡倾角为主；各层中下部的玄武岩内裂隙多短小，局部呈裂隙密集带，带内岩体较破碎，多呈镶嵌～碎裂结构。P2β12下部玄武岩内的柱状节理较发育，长度一般0.5～1.5 m，间距10～20 cm，面平直粗糙。

610 m平台以下边坡走向N55°W，底板高程516 m，总高度94 m。边坡设2级马道，分3个梯段，以垂直、坡比1∶0.3的组合形式进行开挖（见图1）。垂直边坡最大高度32 m，坡比1∶0.3的边坡最大高度30 m。

图1 右岸610m以下边坡开挖典型剖面示意

2.2 边坡稳定性分析

2.2.1 整体稳定性分析

溪洛渡右岸电站进水口边坡的玄武岩坚硬、强度高，抗风化能力强；坡肩部位水平埋深20～30 m，坡角部位水平埋深45～55 m，岩体弱风化～微新，总体较完整。控制边坡整体稳定性的主要因素为顺河向贯穿整个边坡的层间错动带C7、C8、C9、C11及P2β8、P2β9层玄武岩内发育规模较大的层内错动带。其中规模较大的层内错动带优势方向共4组，分别为Lc1：N60°～70°E／SE∠35°～40°、Lc2：SN／E∠5°～8°、Lc3：N20°E／NW∠15°～20°、Lc4：N10°～30°E／SE∠4°～7°（Lc4与层间错动带平行，故以层间错动带进行分析处理）。

将边坡岩体中的层间错动带、优势方向的层内错动带分别采用赤平极射投影法，以结构面与坡面的组合关系为依据，对边坡进行整体稳定性分析。层间错动带C11、C9主要出露于坡比1∶0.3的坡段；C10呈熔结型，出露不明显，不构成边坡整体稳定的控制性结构面。C8、C7主要分布于边坡垂直开挖段。因层间错动带产状相似，近于平行，故只考虑单组与坡面的组合关系，以C7、C11为代表进行分析，赤平投影图如图2所示，结构面走向与边坡走向近于正交，交角大于40°，较稳定。

图2 C7、C11与边坡（p）组合的赤平投影

层内错动带多未穿层，且对边坡稳定起控制作用的错动带多未交汇，故不需要考虑层内错动带和层间错动带的组合及层内错动带之间的组合关系，仅考虑层内错动带单组优势方向对边坡的影响，其与边坡的组合关系如图3所示。Lc1、Lc2、Lc3与边坡斜交，交角大于40°，玄武岩岩质坚硬，层面延伸长度有限，产状平缓，不存在因结构面不利组合形成的滑动块体，故3种组合关系a、b、c较稳定，边坡整体处于稳定状态。

图3 层内错动带与边坡的组合关系

2.2.2 局部稳定性分析

边坡虽整体处于稳定状态，但仍存在局部稳定问题。进水口大规模开挖造成边坡岩体应力状态急剧变化，边坡表部应力释放、降低，岩体向临空面回弹，发生松弛、卸荷，浅表部形成松弛带，在裂隙密集带、错动带集中发育交汇区等较破碎，岩块嵌合松弛，易发生掉块、塌落；P2β7～P2β11各层上部的角砾熔岩中长大裂隙较发育，延伸长度多在5～10 m，间距大于1 m，走向多与边坡小角度相交、倾角略小于坡脚，裂隙顶部为层间错动带、底部贯穿出坡面且埋深较浅，易发生滑动破坏；玄武岩内短小的随机裂隙较发育，在坡面的裂隙不利组合形成了较多的小规模潜在不稳定块体，易发生掉块现象。P2β12层岩体中细长柱状节理十分发育，受卸荷松动和缓倾角裂隙切割，易沿柱状节理根部发生折断进而发生掉块、崩塌现象。

3 天然边坡稳定性分析及危岩体形成机理

3.1 天然边坡稳定性分析

610m平台以上天然边坡为P2β12、P2β13层致密玄武岩、角砾熔岩。边坡岩体抗风化能力较强，卸荷作用明显，岩体的卸荷作用主要表现为裂隙数量的增加和裂隙开度的增大，并沿主要的结构面卸荷松弛，两岸谷坡强卸荷带水平深度小于10 m，弱卸荷带水平深度20～40 m。边坡宏观上以块状、次块状结构为主，局部镶嵌～碎裂结构。主要结构面包括层间错动带C12、层内错动带、构造裂隙及广泛发育于P2β12、P2β13层中下部玄武岩内的柱状节理。层间错动带C12及层内错动带产状普遍平缓，错动强烈，延续性好，含屑角砾型、岩屑角砾型为主；裂隙多随机发育，坡体表层分布有较多的顺坡向卸荷裂隙。天然边坡坡形完整，对边坡稳定起控制作用的层间层内错动带产状平缓，未发现较大的变形体，变形破坏迹象不明显，天然边坡整体稳定。

因天然边坡处于强卸荷带内，近顺坡向的构造裂隙较发育，可与缓倾角的层内错动带、缓裂等形成结构面不利组合，在各种地质力的长期作用下表现为潜在不稳定块体或危岩体，致使边坡局部不稳定，对工程安全意义重大。

3.2 危岩体形成机理

危岩体是指位于陡坡或陡崖上由多组岩体结构面切割稳定性较差、易发生破坏的岩体。溪洛渡右岸进水口天然边坡发育的危岩体、倒悬体对下方施工及电站永久运行存在较大的安全隐患。天然边坡表层为强卸荷岩体，发育有较多的近顺坡向卸荷裂隙，部分裂隙成为危岩体的主控结构面，为危岩体的形成创造了有利条件。通过现场勘查、分析，从受力破坏方面将进水口的危岩体分为三种：剪切破坏、拉张破坏及两者的组合。

3.2.1 剪切破坏

以剪切破坏为主的危岩体一般形成于主控结构面走向、倾向与边坡近于一致，倾角略小于坡角的陡坡地形。该类危岩体多以顺坡向陡倾裂隙作为其主控结构面，一般从陡崖的脚部逐渐向陡崖顶部发育的，个别因缓倾角的层内错动带发育可形成倒悬体。主控结构面在日照、降雨、风等作用下其物理力学性质不断变差，连通性不断增大，且危岩体一般发育于坡体表层，部分结构面中充填粘土、次生泥，遇水易软化，当危岩体达到临界状态时，在重力作用下受其他诱发因素影响（如降雨、爆破振动、地震等）将发生沿结构面的剪切、剪断滑移、坠落，其破坏过程具有突发性。

P2β12层岩体内，层内错动带（Lc）较发育，多为缓倾角，局部与陡倾角裂隙构成的不利组合促成了倒悬体的发育（见图4）。当层内错动带（Lc）或缓倾角长大裂隙贯穿于陡倾角裂隙（L）的中下部时，②区即为不稳定块体。因层内错动带于自然边坡表层主要多表现为岩屑角砾型、含屑角砾型，带内物质松弛以岩屑、角砾为主，且位于②区的上部，将其与上部岩体的连接切断，故②区的稳定仅受陡裂（L）的性状控制。当陡倾角裂隙受各种地质作用、其性状逐渐变差时其稳定性也将随之降低，直至最后②区滑落、崩塌。由于②区已破坏，则①区即形成倒悬体。倒悬体下部临空，失去支撑，在自身重力作用下，随着陡裂的进一步发育、贯通或岩体受重力作用将被拉断，随即发生滑落、崩塌。

图4 个别倒悬体形成示意

3.2.2 拉张破坏

以拉张破坏为主的危岩体一般形成于主控结构面走向、倾向与边坡一致近于直立的陡坡地形。该类危岩体一般是由陡崖的顶部逐渐向陡崖的脚部发育的。主控结构面于陡崖的顶部多张开3～5 cm，部分可达10～30 cm，但未贯穿出坡外，且由于风、降雨等作用，裂面内张开部分的充填物一般多被冲走。该类危岩体的受力初期主要表现为在重力作用下，以主控结构面的下端部或其延长线上一点为虚拟支点（转动轴），陡崖顶部裂面逐渐张开，绕支点转动。在重力作用下，裂隙由顶部向底部逐渐向下劈裂；随着裂面的不断张开，危岩体自身的重心及虚拟支点（转动轴）也向临空方向和下部发生的位移，危岩体脚部主要为受压区，内侧表现为受拉区，当受压区、受拉区达到临界状态或重心外移距离较大时，在诱发因素的影响下将发生倾倒破坏，其受力示意如图5所示。

图5 危岩体张拉破坏受力示意

4 边坡支护措施

针对溪洛渡水电站进水口高边坡的局部稳定问题，经多方研究后采取了相应的处理措施。对于开挖边坡主要采取了以下措施：

（1）对整个开挖边坡进行了系统的喷锚支护（挂网、喷混凝土、锚杆），并在关键部位进行了锚索加固；

（2）在裂隙密集带，层内错动集中带发育区等岩体破碎的部位进行挂网并加强支护；

（3）对部分顺坡向裂隙进行锚杆束锁口处理。

对于天然边坡主要采用（1）预应力锚杆方式对自然边坡的强卸荷岩体进行整体加固处理；（2）有针对性的清除部分危岩体，并在天然边坡中下部的缓坡地形设立柔性防护网。

5 结束语

对不同类型的地质问题以适宜的方式进行处理后，有效的改善了边坡的稳定性，确保了工程在施工及运营期的安全。

［1］ 孙宪立.工程地质学［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997.

［2］ 江康明、彭胤宗.岩土工程［M］.武汉：武汉工业大学出版社，2001.

［3］ 黄润秋.高边坡稳定性的系统工程地质研究［M］.成都：成都科技大学出版社，1991 .

TV223

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1003－9805（2015）02－0035－04

2014－08－18

苏 星（1983－），男，甘肃合水县人，工程师，从事水电站工程地质勘察设计工作。