可可托海水电站崩塌灾害发育特征及稳定性评价

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(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

可可托海水电站位于富蕴县东北24 km处的额尔齐斯河左岸，距铁买克乡政府直线距离约4.8 km，有842专用线及水电站新建的沥青碎石道路可到达研究区，交通便利。本文以新疆富蕴县可可托海水电站4#崩塌危岩体为研究对象，在对研究区地形地貌、气象水文、地层岩性、地质构造、水文地质条件以及工程地质条件等分析的基础上，结合相关研究成果[1-5]，对新疆富蕴县可可托海水电站4#崩塌危岩体的发育特征进行了分析，并对其稳定性进行了评价，进而可以为后续治理措施的提出提供理论基础。

1 研究区孕灾环境分析

1.1 自然地理概况

研究区位于阿尔泰山脉的东段南麓，地形受北西向构造的控制与影响，总体地势上自西南向东北呈阶梯状依次降低。山脉走势呈北北西—北西向的弧状弯曲，海拔高度一般1 500～1 700 m，最高点位于研究区西南部，山体平均海拔1 600 m左右，山体多发育有北西、北东向冲沟，均为季节性冲沟，呈梳状或树枝状垂直于山体延伸，区内的额尔齐斯河谷底狭窄，河床宽25～80 m，河床纵剖面起伏不平，横剖面多呈“V”型，谷底高程1 142～1 152 m，纵坡约2%。此外，根据富蕴县气象站2006-2015年观测资料，区内多年平均气温为4.7℃；区内多年平均降水量199.0 mm，区内多年平均蒸发量1 309.92 mm。

1.2 地层岩性

研究区出露地层主要为志留系、第四系以及华力西期侵入的岩浆岩。其中第四系在研究区内分布广泛，堆积于基岩之上。主要分布于河床、冲沟、两岸阶地及岸坡，厚度变化大。

1.3 地质构造及新构造运动

研究区位于天山—兴安褶皱区阿尔泰褶皱系克兰地槽褶皱带内，区域构造形迹由喀纳斯—可可托海地槽褶皱带、克兰地槽褶皱带、额尔齐斯挤压带三大褶皱、挤压带和康布铁堡断裂、库尔提断裂、科沙哈拉尔断裂、额尔齐斯河断裂、可可托海--二台断裂等五大断裂组成，构造线方向主要为NWW向和NNW向。

工程区新构造运动比较活跃，其特点是以上升运动为主，本区属于上升区。由于山体的强烈上升，额尔齐斯河的强烈下切，形成相对高差达数百米的陡峭地形，河谷两岸地形陡峻，山崖遍布，崩积块石比较发育，崩积岩堆到处可见，这些均是强烈上升区的表现。

1.4 水文地质条件

研究区地下水类型主要为基岩裂隙水、第四系松散岩类孔隙潜水。其中基岩裂隙水主要赋存运移于构造破碎带和块状、层状岩层裂隙中，地下水径流通畅，交替强烈，矿化度低，水质良好。含水层岩性以花岗岩、混合岩为主，富水性差，透水性极不均匀；而第四系松散岩类孔隙潜水主要分布于透水性强的河中，水量丰富，与河水属同一水体，接受上游河水补给，以河谷潜流的形式排泄于下游。

1.5 工程地质条件

根据岩(土)体的不同建造类型、结构、岩石的物理力学性质，将研究区内出露的岩(土)体分为块状坚硬-较坚硬花岗岩类岩组、块状坚硬混合岩组以及碎石土单层土体等三类工程地质岩组。

2 崩塌灾害发育特征分析

2.1 地质灾害类型及分布

研究区内崩塌灾害主要分布在研究区山体西侧、海子口水电站至水库大坝的简易便道西侧。根据崩塌灾害所处的陡崖位置、威胁对象和崩塌坡向的不同，从东北向西南共划分为9段崩塌(隐患)段，崩塌段内共计分布有25个典型危岩体，除此之外，水库大坝北侧及二厂房一带各分布有一处危岩体，研究区内共计分布有27个典型危岩体，均为岩质崩塌(隐患)。本文主要以4#危岩体为研究对象，对其发育特征和稳定性进行重点分析和评价。

在已发生崩塌落石的陡崖上仍然保留部分危岩体，岩体突兀，加之危岩体坡度多大于60°，临空高差大，在降水及地震等外动力条件影响下，易形成滑移式、倾倒式崩塌。根据《滑坡崩塌泥石流灾害调查规范(1:50 000)》(DZ/T0261-2014)中崩塌规模等级划分标准，研究区崩塌灾害多为小型崩塌；根据崩塌分类及特征，判定研究区岩质崩塌(隐患)主要以滑移式、倾倒式崩塌为主。

2.2 地质灾害发育特征

2.2.1 崩塌段特征

3#和4#危岩体位于研究区职工生活区北侧山体陡崖处，崩塌(隐患)段长530 m，由于修路人工切坡造成前缘边坡近乎直立，坡度多在80°左右，坡脚标高1 112～1 122 m，坡顶标高1 132～1 182 m，高差10～70 m，陡坡岩性石英闪长岩，表层微风化，节理裂隙较发育。该崩塌(隐患)段危岩体总体积190 m3。

2.2.2 危岩体特征

陡崖上存在着4#小型危岩体，危岩体位于陡坡的中上部，危岩体多似长方体或块体，受力于下部岩体的支撑，多发育为平行后缘的贯通性裂隙，或“X”状裂隙，裂隙相互切割，结构面呈张开-半闭合状，形成0.2～3 cm裂缝，裂隙长度在1～4 m，多以无充填为主，后缘裂隙倾角较陡，裂隙深度可达5 m；部分接触部位已形成临空面，在融冻、降雨入渗和地震作用等外力的影响下，易产生崩塌灾害，主要危威胁水电站上下班的职工、以及周边牧民的牲畜和通往电站的输变线路。

该危岩体长、宽、厚分别为8 m、2.5 m和2 m，体积40 m3。发育三组裂隙结构面：第一组产状为208°∠19°，与边坡坡向近似垂直，间距0.7～1.5 m，裂缝宽为0.2 cm，无充填；第二组裂隙产状306°∠77°，与边坡坡向近似平行，间距1.5 m，裂缝宽一般为0.5 cm，无充填；第三组产状40°∠13°，与边坡坡向斜交，间距1.3 m，裂缝宽一般为2 cm，无充填。

3 崩塌灾害稳定性分析与评价

3.1 计算模型的选取

本文主要研究区4#危岩体为研究对象，对其进行稳定性评价。该危岩体破坏模式为倾倒式。倾倒式破坏计算采用《岩土勘察设计手册》与《工程地质手册》(第四版)中推荐的计算模型进行分析。4#危岩体倾倒式破坏模型如图1所示。

图1 4#危岩体倾倒式破坏模型图

3.2 稳定性系数计算公式

倾倒式崩塌的基本图式如图2(a)所示。不稳定岩体的上下各部分和稳定岩体之间均有裂隙分开，一旦发生倾倒，将以A点为转点发生转动，检算时应考虑各种附加力的最不利组合。在雨季张开的裂隙可能为暴雨充满，应考虑静水压力；Ⅶ度以上地震区，应考虑水平地震力作用。受力图式见图2(b)所示，如不考虑其他力，则崩塌体的抗倾覆稳定性系数K可按下式计算：

(1)

由以上说明，整理公式(1)得：

(2)

图2 倾倒式崩塌受力示意图

3.3 计算工况

在对研究区滑坡影响因素分析的基础上，影响崩塌形成的主导因素包括地形地貌、地层岩性、地质构造等因素，地形地貌条件做为主导因素之一，是危岩体产生崩塌灾害的主要影响因素。诱发因素包括降水和融雪、地震及人类工程活动等因素，降雨、融雪及融冻、地震作用为研究区内危岩体产生崩塌的主要诱发因素。因此，本次倾倒式破坏计算时，按《工程地质手册》推荐方法，考虑各种附加力的最不利组合，即静水压力+水平地震力。

3.4 计算参数

(1) 研究区内组成陡崖岩性主要为块状构造的细-中粒花岗岩和石英闪长岩，根据岩石物理力学性质试验报告及收集试验成果，研究区内各岩性物理力学参数见表1。

(2)地震力。研究区地震烈度Ⅷ，地震加速度为0.20g，依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)中表5.2.6，水平地震系数为k=0.050。

(3)静水压力。研究区多年平降水量189.6 mm，最大降水量为235.5 mm，降雨量较为集中，应进行静水压力计算。对于危岩体后缘存在陡倾裂隙的危岩体，其裂隙充水高度在暴雨时等于裂隙深度，并以此计算静水压力。

(4)h为岩体高，取值4.22 m；h0为水位高，取值为4.22 m(暴雨时)，F为水平地震力，取值3.55 kN；a为转点A至重力延长线的垂直距离，取值为1.66 m；W为崩塌体重力，取值为71 kN。

3.5 稳定性计算结果

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)稳定性划分标准，综合确定稳定性划分标准，稳定系数Fs≥1.15为稳定，1.15>Fs≥1.05基本稳定，1.05>Fs≥1.0为欠稳定，Fs<1.0为不稳定。在上述计算工况和岩土力学参数选择的基础上，对4#危岩体稳定性进行计算。根据计算结果，其稳定性系数Fs=0.888，则评价为不稳定。

表1 研究区岩性物理力学参数表

4 结语

(1)研究区内共计分布有27个典型危岩体，均为岩质崩塌(隐患)，主要分布在研究区山体西侧、海子口水电站至水库大坝的简易便道西侧。

(2)4#危岩体位于陡坡的中上部，危岩体多似长方体或块体，裂隙相互切割，结构面呈张开-半闭合状，主要危威胁水电站上下班的职工、以及周边牧民的牲畜和通往电站的输变线路。

(3)通过稳定性定量评价分析，研究区4#危岩体的稳定性系数Fs=0.888，评价为不稳定，需要进行进一步的治理。