某工程岩质边坡发育特征及其分区评价治理

刘洋,王能峰

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072)

某工程岩质边坡发育特征及其分区评价治理

刘洋,王能峰

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072)

某水电站炸药库工程后边坡为弱风化弱卸荷为主澄江-晋宁期花岗岩，平均开挖高度约30 m，最大开挖高度约51 m，长约210 m，局部由于不利结构面组合发生垮塌。根据其与工程关系，把岩质边坡分为Ⅰ、Ⅱ区，其中，Ⅰ区为工程边坡，Ⅱ区为自然边坡。另外根据风化卸荷、岩体结构、节理裂隙组合以及可能失稳方式等，把Ⅰ区细分为4个亚区。通过细分评价分别提出了工程治理措施。经过治理后，边坡稳定安全。

岩质边坡；垮塌；岩体结构；分区评价治理

1 引言

崩塌(又称崩落、垮塌或塌方)是从较陡斜坡上的岩、土体在重力作用下突然脱离山体崩落、滚动，堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象。按崩塌发生时受力状况不同，可将其按形成力学技术分为倾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓胀式崩塌、拉裂式崩塌和错断式崩塌等5种类型[1-5]，陡高边坡上危岩体的破坏机理是边坡地貌演化的关键环节之一。

某水电站炸药库工程场地位于四川省甘孜藏族自治州泸定县冷碛镇境内加郡左岸磨子沟内，场地高于左岸磨子沟8～10 m，基本顺磨子沟S50°E平行布置。由上游侧103#、102#炸药库房(60 t)、下游101#雷管库房(0.5 t)、外侧消防水池等组成。102#炸药库房后边坡上部不利结构面组合的卸荷松弛岩体，在下部崩坡积覆盖层开挖清除扰动情况下发生垮塌，存在倾倒和滑移崩塌可能，以及倒悬体掉落等地灾问题，故为了炸药库库房施工和运行期的安全，需要对其进行勘察治理设计。

2 基本地质条件

3 边坡发育特征及其分区评价

后坡上部植被发育，下部基岩裸露，坡高60～90 m，坡度60°～70°，整体走向N55°W左右，倾NE，平面上在102#炸药库附近后边坡略呈凹形。其中两个炸药库房后坡主要为工程边坡，高程1 501～1 552 m左右，平均开挖高度约30 m，最大开挖高度约51 m，长约150 m；下游101#雷管库房后坡为60 m长的自然边坡，近于直立，边坡最高约25 m。

岩体主要呈次块状结构，局部岩体破碎，主要为Ⅲ级岩体，局部为Ⅳ级岩体，下游侧自然近于直立边坡岩体呈块状结构，为Ⅱ级岩体。边坡无控制边坡整体稳定的软弱结构面发育，边坡整体稳定。局部受结构面不利组合，在暴雨、地震等特殊情况下，可能会发生滑塌、倾倒失稳现象。

根据边坡岩土体性质及与工程关系，把岩质边坡分为Ⅰ、Ⅱ区，其中，Ⅰ区为工程边坡，Ⅱ区为自然边坡。另外根据风化卸荷、岩体结构、节理裂隙组合以及可能失稳方式等，把Ⅰ区细分为4个亚区(图1)。各分区描述、评价如下：

图1 后边坡分区图(实线为计算剖面位置)

Ⅰ-1区：为103#炸药库后边坡，走向N55°W左右，倾NE，坡度60°～65°，坡长约30 m，坡高22～27 m，其下部已用约6 m高浆砌石挡墙处理，表部残留少量块碎石土。

岩体弱风化弱卸荷，岩体中主要发育3组节理：④组以及N30°～40°W/SW∠70°～75°和N70°～75°E/SE∠70°～75°，延伸长2～4 m，间距0.6～0.8 m，节理平直粗糙，多张开小于5 mm(图2)。岩体主要呈次块状结构，为Ⅲ级岩体。

边坡整体稳定，但3组节理组合，可形成潜在不稳定块体，发生小垮塌。建议先清理表部块碎石土，再进行喷锚挂网处理。

Ⅰ-2区：为102#炸药库的上游侧上部边坡，由①N60°～70°E/NW∠25°～30°与②N30°～40°E/NW∠60°～65°组合垮塌形成的侧向坡，边坡走向N40°左右，倾NW，坡度65°左右，坡高20～25 m。

图2 Ⅰ-1区节理赤平投影图

岩体弱风化弱卸荷，主要发育①和②组，岩体呈次块状结构，为Ⅲ级岩体。边坡整体稳定，但①和②组组合，可沿①组结构面局部发生滑塌，建议采取喷锚挂网处理。

Ⅰ-3区：为102#炸药库的上游侧下部边坡和后部下部边坡，主要由上游侧下部①组结构面形成的光面及下部直立坡组成。坡高最高约15 m(上游侧)，至下游逐渐降低至建基面。

岩体弱风化弱卸荷，岩体中主要发育①组、③组及N50°～60°E/NW∠80°、N50°～60°W/NE∠80°～85°，后两组节理延伸长3～5 m，间距0.5～0.8 m。岩体呈次块状结构，为Ⅲ级岩体。

边坡整体稳定，但局部易沿陡立结构面松弛张开，并沿①组缓倾坡外结构面控制，形成滑塌。建议采取锚杆支护。

Ⅰ-4区：为102#炸药库后部中上部高边坡，坡高最高约51 m，上部由破碎带g、②、③组结构面组合已发生垮塌，主要沿破碎带g形成缓坡，破碎带岩体风化破碎，为Ⅳ级岩体。

边坡整体基本稳定，局部稳定性较差，主要受破碎带g控制，在其它结构面的切割组合存在滑塌可能。另外，沿③组结构面可能发生倾倒变形，特别是在暴雨、地震等情况下，易发生失稳，建议对上部已垮塌区形成的凹腔采取加强支护，并对中部破碎岩体采取喷锚挂网支护。

Ⅱ区：为102#炸药库房下游～101#雷管库房的自然后边坡，近于直立，坡高15～25 m。

岩体弱风化弱卸荷，局部根劈作用较强，岩体强卸荷，最大张开约30 cm。主要发育3组节理：①、⑤组及近SN⊥节理，并多沿近SN⊥节理形成陡立面。岩体主要呈块状结构，为Ⅲ级岩体。

边坡整体稳定，且建筑物离坡脚边缘有一定的安全距离，仅进行局部处理即可。靠近102#炸药库下游附近发育一倒悬危岩体，方量约100 m3，一旦下落，将可能影响102#炸药库，建议对其进行支护处理(图3)。

图3 倒悬危岩体(下部有松动小岩块)

4 边坡稳定性计算分析

4.1 工程级别及安全等级

按水电水利工程边坡设计规范，按炸药库为临时建筑考虑，其后边坡为“A类3级”边坡。考虑到炸药库的重要性，正常运行工况按照“A类2级”边坡设计。

边坡抗滑稳定允许最小安全系数见表1。

表1 边坡最小抗滑稳定安全系数表

4.2 边坡稳定性计算分析

4.2.1 计算程序及计算方法

计算方法采用slide软件中的摩根斯坦-普赖斯法计算。

4.2.2 计算工况

边坡稳定分析的计算工况根据规范的相关规定，主要对102#炸药库房后已垮塌后现状情况下的两种潜在失稳方式进行计算分析，即沿破碎带g滑塌和③组倾倒变形(表2)。

计算工况选取天然工况(基本组合)、天然+暴雨工况(特殊组合Ⅰ)、天然+地震工况(特殊组合Ⅱ)共3种工况，其中暴雨工况按岩土体全饱和后饱和容重计算(考虑到滑面埋深较深、饱和的可能性不大，因此抗剪强度仍采用天然状态下的抗剪强度)。

表2 两种潜在失稳块体稳定分析计算工况汇总表

4.2.3 计算参数

(1) 岩体物理力学指标计算参数

岩体物理力学指标计算参数根据地质勘探、室内试验以及参考经验值综合选取，见表3。

表3 后边坡稳定分析岩土体物理力学参数计算值

(2) 地震参数

依据中国地震局批复(中震函[2005]24号和中震安评[2010]61号)的工程场地地震安全性评价成果，闸址区50 a超越概率10%的基岩水平地震动峰值加速度为260 gal，100 a超越概率2%的基岩水平地震动峰值加速度为573 gal，厂址区50 a超越概率10%的基岩水平地震动峰值加速度为283 gal，相应的地震基本烈度为Ⅷ度。

据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)场地地震动峰值加速度为0.30 g，相应地震烈度为Ⅷ度，地震动反应谱周期为0.40 s。

边坡地震设计参数建议按《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)采用，即边坡地震动峰值加速度为0.30 g，相应地震Ⅷ度，地震动反应谱周期为0.40 s。

4.2.4 计算剖面

计算剖面采用典型剖面2-2′和3-3′，具有倾倒变形和滑塌两种模式(图4、图5)。

图4 典型2-2′计算剖面

图5 典型3-3′计算剖面

4.2.5 计算结果

表4 边坡滑移、倾倒变形稳定计算成果表

从表4计算分析表明，天然条件下，边坡稳定，但在地震等特殊工况下，边坡稳定性差，可发生失稳现象。故需对局部潜在不稳定块体进行加强支护。

5 工程治理方案设计

边坡治理方案设计主要根据工程经验类比和估算，结合目前现状和施工条件，提出了如下治理方案设计。

后边坡整体稳定，仅局部稳定性差，尽量维持现状不开挖，少扰动边坡。先清理坡体松动岩块、危石等，再采取喷锚支护，并进行挂网，并对于局部稳定性差的岩体进行锚筋桩加强支护处理。

具体主要处理措施如下：

(1) 针对Ⅰ-4区上部垮塌区形成的凹腔中3组结构面布置3φ28，L=12 m锚筋束，间排距2.5 m，其中上游侧面布置4束(2×2)，底面破碎带布置9束(3×3)，下游面布置12束(3×4)，共25束。锚筋束与岩面尽量大角度相交(表5)。

(2) Ⅱ区倒悬为危岩体先清理松动岩块，再用3φ2，L=9 m锚筋束，间排距2.0 m，共10束(2×5)进行支护处理。

(3) 针对Ⅰ-1、2以及4区大部分和Ⅱ区上游侧，布置φ20，L=3 m锚杆，间排距1.5 m。

支护方案典型剖面见图6。

图6 后边坡典型支护方案(3-3′剖面)

治理后边坡稳定性计算:

计算分析表明，经以上处理后，边坡整体稳定，局部可能失稳块体稳定系数满足规范要求,经过数年的运行，边坡稳定安全(表6)。

表6 边坡滑移、倾倒变形块体支护后稳定计算成果表

6 结论及建议

(1) 炸药库后边坡为花岗岩岩质边坡，边坡主要呈弱风化弱卸荷，次块状结构为主，为Ⅲ级边坡，局部为Ⅳ级边坡，边坡整体稳定，局部稳定性较差，存在滑塌和倾倒变形可能，需进行加强支护处理。对于个别处的倒悬危岩体建议清除或加强支护。

(2) 后边坡正常运行工况为A类Ⅱ级边坡，特殊工况下按A类Ⅲ级边坡设计，通过工程类比和局部稳定性计算分析，确定了边坡系统支护和加强支护措施，主要采用喷锚挂网处理，并对局部采用锚筋桩加强支护处理；对于个别倒悬危岩体处理，主要采用锚筋束加强支护处理，同时对整个边坡外缘进行被动防护网防护。经处理后，边坡稳定，并满足相关规范要求。

(3) 施工处理过程应严格按照有关规程、规范及施工图纸和施工技术要求等实施。特别是在进行上部加强支护和倒悬危岩体时，更应特别注意施工安全，应事前进行详细的施工方案研究，确保施工过程安全。

[1] 胡厚田.崩塌与落石[M].北京：中国铁道出版社，1989.

[2] 中华人民共和国国土资源部.滑坡防治工程勘察规范(DZ/T0218-2006)[S].北京：中国标准出版社，2006.

[3] 董秀军，裴向军，黄润秋.贵州凯里龙场镇山体崩塌基本特征与成因分析[J].中国地质灾害与防治学报，2015，26(3)：3-9.

[4] 刘传正.重庆武隆鸡尾山危岩体形成与崩塌成因分析[J].工程地质学报，2010,18(3)：297-304.

[5] Frayssines M，Hantz D. Modelling and back-analysing failures in steep limestone cliffs[J].international Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2009，46(7):1115-1123.

THEDEVELOPMENTCHARACTERISTICSOFROCKSLOPEINAPROJECTANDITSZONINGEVALUATIONANDENGINEERINGMANAGEMENT

LIU Yang， WANG Neng-feng

(Powerchina Chengdu Engineering Corporation Limited,Sichuan Chengdu 610072，China)

The back slope of Explosives magazine project in a hydropower station is weakly weathering and unloading mainly in Chengjiang -Jinning period granite,its average height is about 30m, the maximum excavation height of about 51m,and its length about 210 m.The local surface collapse is due to a combination of unfavorable structure. According to the relationship between the rock slope and the engineering, the rock slope can be divided into the first and second zones. On the other hand, according to the weathering unloading, the rock mass structure, the combination of joints and fissures, and the mode of instability,The first zone can be divided into 4 subregions. The engineering control measures are put forward by the subdivision evaluation. After treatment, slope stability and safety.

rock slope; collapse; ock mass structure;zoning evaluation and engineering management

1006-4362(2017)03-0041-05

2017-05-03改回日期2017-06-21

P642;TU457

A

刘洋(1981- )，男，吉林柳河人，高级工程师，主要从事水工设计、岩土勘察设计、项目管理工作。E-mail:354774519@qq.com