景电二期总干四泵站厂后边坡危岩稳定分析及处理建议

高豪宇

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

景电二期工程位于甘肃省景泰县、古浪县境内。总干渠从黄河左岸的五佛乡盐寺坪沿石门沟向西，经逐级泵站提水后到达海子滩、羊胡子滩等灌区。

总干四泵站地处石门沟右岸，厂后陡崖高40～62 m，南北长450 m，陡崖岩性为新近系砂岩、砂砾岩、砂质泥岩，其特点是稳定性差、遇水易软化。经长期的风吹日晒，岩体受物理风化、地质构造、地表季节性突发洪流冲蚀影响，加之在陡崖边缘发育近于直立的卸荷裂隙，致使陡崖崖面形成多处危岩体，并在2012年5月17日厂后危岩发生崩塌，造成4号压力管严重损坏。

1 基本地质条件

景电二期工程区地形地貌带有明显的构造地貌特征，差异性升降控制着侵蚀与堆积作用，山脉走向与区域构造线相一致，大的地貌分区则多以现代活动性断裂为界。总体地势呈西高东低、南高北低，以总干七泵为界，东部属黄河水系，以褶皱隆起的中低山为构架，其间属新生代断陷沉积盆地，遭受较强烈侵蚀与切割，多沟谷，发育有基岩山地、剥蚀丘陵及残山、冲沟与阶地、侵蚀与堆积滩地等地貌。西部属内陆河流域，地势南高北低，其南部为秦家大山～长岭山等褶皱隆起的中高山区，向北依次为山麓堆积丘陵、山前冲洪积倾斜平原，腾格里沙漠。区内地质构造复杂，新构造运动强烈，地震活动频繁[1]。

四泵站位于石门沟背斜北翼的剥蚀褶皱中低山区，地势相对较高，出露岩性主要为新近系上新统砂岩、砂砾岩、砂质泥岩及第四系松散堆积层。

2 边坡工程地质特征

2.1 地形特征

四泵站厂后陡崖危岩区为剥蚀褶皱中低山区，山体走向总体走向为北西350°，山体自西向东陡降，形成了高陡边坡，坡度在80°以上，局部有向外凸出的反向坡或呈悬挑状，崖高40～60 m，以西北部压力管道段最高，达62 m。陡坡表面岩石由于岩性不同造成差异风化，崖面有多处向内凹进的岩腔、空洞，最深处超过2 m，长轴方向一般呈水平状。同时，受地质构造及地表季节性突发洪流冲蚀，崖面有4处落水洞，加快了陡崖的卸荷崩塌的速度。

2.2 地层岩性特征

厂后陡崖主要为新近系上新统砂砾岩、细砂岩和砂质泥岩，整体上呈单斜状产出，岩层产状NW315°～320° NE<7°～11°。强风化层厚2～3 m，均为极软弱岩石，抗压、抗剪强度均低，遇水易软化崩解，工程地质性能差。岩石物理力学性质指标[2]：砂岩岩石比重2.70，干密度2.09 g/cm3，孔隙率22.4%，天然含水量小于5%，饱和抗剪强度：内摩擦角19°～23°，凝聚力0.29～0.46 MPa。

2.3 地质构造特征

四泵站厂后陡崖区段节理裂隙较发育，以重力作用形成的崖边卸荷裂隙为主，构造节理裂隙次之，裂隙规模不等，产状各异，倾角较陡。主要发育5组裂隙[3]：(1)NW305°～337°NE∠63°～84°，张裂隙，裂隙宽0.5～1.0 cm，延伸约6～12 m；(2)NW275°～295°NE∠76°～83°，张裂隙，裂隙宽0.5～15 cm，延伸约10～15 m；(3)NE5°～28° NW∠66°～83°，张裂隙，裂隙宽0.2～1 cm，延伸约4～12 m；(4)NE56°～74°，NW∠75°～81°，张裂隙，裂隙宽0.4～0.6 cm，延伸约5～7 m；(5)NE42°～56°NW∠31°～63°，剪裂隙，隙宽0.2～1 cm，延伸约7～10 m。各裂隙相互交错、切割，局部形成空洞。

3 边坡危岩体特征

四泵站依山傍沟，泵站管槽采用人工开挖在后山陡崖上，铺设管道而建，提水高度55m。构成陡崖的新近系碎屑岩，岩性软弱，受5组裂隙的切割，在重力、地震力的作用下，沿陡崖发育的危岩体，对泵站及配套设施安全，构成威胁。

3.1 危岩体的发育类型

四泵站厂后山陡崖的坡度一般在80°以上，高度40～60 m，新近系碎屑岩岩层产状平缓，以7°～11°角倾向坡外，受5组裂隙的切割，以北西西向与陡崖面大致平行的张裂隙最为发育，是危岩体发育发展的控制性结构面。按崩塌体变形破坏过程及形成机理，危岩体分为倾倒式、错断式和拉裂式三种类型。

3.1.1 倾倒式

该类型为主要的斜坡破坏方式，由于陡坡近于直立，且有平行岸坡崖面的垂直裂隙发育，将崖面上的岩体与母岩切割分开，形成近于直立的板状或柱状岩体，相对独立，在重力卸荷及地震作用下，向坡外长期蠕动变形、裂缝拉张，岩体向外发生倾倒变形，形成危岩体。当倾覆力矩大于抗倾覆力矩时，发展为崩塌。危岩体厚度4～6 m，沿崖面方向的长度在6～15 m。该类危岩体有②#、④#、⑥#、⑦#、⑧#、⑨#危岩体。

3.1.2 错断式

发育于陡崖上的60°～70°倾向坡外的张裂隙，由于倾角略小于崖面坡角，形成了上宽下窄的楔形危岩体。由于碎屑岩的抗剪强度和抗压强度较低，在上部岩体重力作用下，沿裂隙下端与崖面间形成剪切破坏面，当剪切面岩石的抗剪强度小于剪切力时发生剪切破坏，首先是沿下部剪切面发生滑移，然后再是下错，形成错落式崩塌破坏。受卸荷裂隙控制，错落式危岩体上部厚度6～10 m，下部厚度2～3 m,沿崖面方向的长度在6～15 m。该类危岩体有③#危岩体。

3.1.3 拉裂式

由于新近系碎屑岩主要为砂岩，砂砾岩，砂质泥岩。其组成物质、胶结程度存在一定的差异，抗风化能力明显不同，在崖面上沿相对软弱的岩层风化形成高1.5～2.3 m的空腔，深入坡体1.0～2.0 m，水平方向长 5～8 m，在空腔上部形成了相应的老虎嘴、探头石等悬空的危岩体，危岩体主要为胶结较好、坚硬抗风化能力强的砂岩、砂砾岩，在重力作用下长期缓慢下沉在后部形成拉张裂缝，并不断向深部发展加深加宽，最终失稳，翻滚而下，撒落于坡面和坡脚。该类危岩体有①#、⑤#危岩体。

3.2 危岩体的分布特征

3.2.1 危岩体的分布

四泵站厂后分布9处危岩体。①#、②#位于管理房区，③#、④#、⑤#、⑥#位于泵站厂房区，⑦#、⑧#、⑨#位于供电厂区。

3.2.2 危岩体特征

①#危岩体：位于管理房西南侧，陡崖高25 m，崖面总体近于直立，在12～15 m高度间有一较缓的平台，水平宽度约3 m，西高东低，将陡崖分成上下两部分。上部为2～3 m厚的砂砾岩层，胶结较好，局部呈负地形，崖面较为顺直，在坡脚4 m高度有3处椭圆形空腔，其长轴呈水平方向，长度2～5 m，深2～3 m。受风化作用影响，该处坡脚处凹向坡内，呈负地形，深0.5～1.0 m。另外受陡崖上部汇集的暴雨后水流的冲蚀，在其东侧形成一条近于直立，宽1.5 m的悬沟，深切于陡峭的岩面中，将该段陡崖分为东南、北西两部分，东南侧由于岩腔的存在，使得该部分更加孤立，不稳定。危岩体上下部都有近于垂直的崖边张裂隙发育，走向大致平行于崖面，上部裂缝不明显，宽度小于1 cm ，延伸长度小于10 m。下部裂缝较为明显，宽2～5 cm，垂直延伸23 m，水平延伸30 m。危岩体厚度4.5 m，体积2 340 m3。

②#危岩体：位于管理房西侧，陡崖高25 m,崖面总体近于直立，危岩体发育于陡崖底部，呈板状或柱状向顶部延伸，卸荷张裂隙平行发育，频度0.3～0.5条/m。裂缝宽1～3 cm，垂直延伸16 m，水平延伸14 m。危岩体厚度4.5 m，体积1 000 m3。

③#危岩体：位于泵站南侧的陡崖下部，陡崖高35 m，在16 m高度发育一较缓的平台，坡度约为45°，上、下部崖面近于直立，由于崖底部风化作用强烈，在底部形成凹槽状岩腔，深1.0 m，多被崩坡积物充填。危岩体上下部都发育近于垂直的崖边张裂隙发育，走向与崖面平行，上部裂缝宽8～10 cm ，下部裂缝宽2～5 cm，垂直延伸21 m，水平延伸18 m。危岩体厚度4.5 m，体积1 780 m3(图1)。

图1 ③#危岩体(错断式) 图2 ④#危岩体(倾倒式)

④#危岩体：位于泵站后陡崖中下部，正对泵站。山体上部较为平缓，坡度15°～30°，中下部近于直立，底部为宽阔的平台。其西北侧为一条直立的悬沟，是上部较平缓山坡汇水的集中排泄通道，呈方柱体明显凸出崖面3～4 m，呈一孤立的山包。其底部受风化、冲蚀作用形成凹槽，深2.4 m，高2～2.5 m，延伸10 m；其后部发育裂缝宽10～100 cm，上部宽度较大，裂缝倾角63°，面起伏不平。受后部张裂隙切割，上部宽15 m，下部宽5.0 m，呈倒楔形。危岩体平均高度22 m，宽16 m，体积2 030 m3(图2)。

⑤#危岩体：位于泵站上水管槽南侧，山顶上部为一较缓的山梁，中下部近于直立，北侧为人工开挖的管槽，西南侧为一“漏斗形”小冲沟，将崖面冲刷成垂直的跌水槽。南侧崖体陡峻，北侧相对平缓。受人工开挖影响，崖面裂缝较为发育，岩体破碎，部分岩体已被切割成孤立的岩柱状。受顶部出水池渗漏影响，管槽坡面见白色盐斑。危岩体在管槽边发育多条近于直立的张裂隙，其张开性和贯通性较好，且在下部已形成规模较大的凹槽，对管槽安全构成大的威胁。危岩体高20 m，宽度29 m，厚度6.0 m，体积3 480 m3(图3)。

图3 ⑤#危岩体(拉裂式) 图4 治理完成后场后边坡

⑥#危岩体：位于泵站上水管槽北侧，南侧为已开挖管槽。该危岩体已按约1:1的边坡进行了人工消坡处理，目前处于稳定状态。

⑦#危岩体：位于供电所西南侧，陡崖高约35 m。上部15 m平缓，下部20 m陡峻。危岩体北侧为一冲沟，受崖面张裂隙与冲沟内张裂隙共同切割，危岩体呈柱体明显凸出崖面2～4 m，呈一孤立的小山包。底部受风化、冲蚀作用形成凹槽，深1.4 m，高1～1.5 m，延伸8 m。崖面及冲沟内发育近于垂直的崖边张裂隙，走向大致平行于崖面，裂缝宽1～3 cm，垂直延伸16 m，水平延伸15 m。危岩体厚度6.0 m，体积1 440 m3。

⑧#危岩体：位于供电所西侧，陡崖高约40 m。上部20 m较为平缓，下部20 m陡峻。南侧为一冲沟，与⑦危岩体相接，底部距变电所外墙15 m。受崖面张裂隙与冲沟内张裂隙共同切割，危岩体呈柱体明显凸出崖面2～4 m，呈一孤立的山咀。其底部受风化、冲蚀作用形成凹槽，深1.4 m，高1～1.5 m，延伸8 m。另外，在危岩体中部发育一“漏斗形”小冲沟，上部呈宽缓的半圆形，下部为直立的“跌水槽”。崖边张裂隙发育，走向大致平行于崖面，裂缝宽1～3 cm，垂直延伸18 m，水平延伸12 m。危岩体厚度5.0 m，体积1 080 m3。

⑨#危岩体：位于供电所西北侧，陡崖高40 m。上部20 m较为平缓，下部20 m陡峻。距变电所外墙约12 m。受崖面张裂隙切割，危岩体呈柱体明显凸出崖面2～4 m，呈负地形。其底部受风化、冲蚀作用形成凹槽，深1.4 m，高1～1.5 m，延伸15 m。另外，在崩塌危岩体中部发育一“漏斗形”小冲沟，上部呈宽缓的半圆形，下部为直立的“跌水槽”。崖边张裂隙发育，走向大致平行于崖面，裂缝宽1～3 cm，垂直延伸20 m，水平延伸40 m。危岩体厚度约5.0 m，体积4 000 m3。

4 危岩体成因与稳定性分析

4.1 影响危岩体的地质因素

四泵站厂后危岩体是在特定的地形地貌、地层岩性、地质构造和风化作用下形成和进一步发展的，人类工程活动、山顶出水池渗漏也有一定的影响。影响边坡稳定的主要因素有：

4.1.1 陡峻的地形条件

四泵站厂后边坡位于石门砂沟河右岸Ⅳ级基座阶地前缘陡崖部位。由于强烈的新构造上升运动和河流下切影响，陡崖近于直立高度达40～60 m。全新世以来，本区气候干燥，如此高陡的软岩斜坡，为危岩体的发育形成，提供了有利的地形条件。

4.1.2 软弱的地层岩性

总干四泵站厂后山体陡崖主要由新近系红色砂砾岩、砂岩、砂质泥岩，互层状，产状平缓，倾向坡外。岩石属极软岩，抗压、抗剪强度均低，遇水易软化崩解。而表部岩石抗风化能力弱，岩石破碎，易风化剥落，形成危岩体。

4.1.3 地质构造

岩层倾向小于边坡坡角度，对边坡稳定性影响较大；平行岸坡发育的卸荷张裂隙倾向与边坡坡向一致，对边坡稳定性影响大，是危岩体的控制性结构面，且节理裂隙交错发育，其延伸、贯通性好，将岩石切割破碎，为大气降水入渗提供通道。

4.1.4 差异性风化作用

由于新近系红砂砾岩、砂岩、砂质泥岩呈互层状其胶结程度、抗风化能力存在明显差异，造成陡崖岩面上形成凹凸不平，大小不一的风化岩腔和凹槽，尤其是在陡崖底部发育深度在2.0 m以上的连续性岩腔，对陡坡岩体稳定极为不利。

4.1.5 地震诱发

地震时产生的水平地震力对陡崖的破坏作用非常大。而陡崖对地震力也有明显的放大效应，可以吸收和聚集大量的震动能量破坏岩体结构，诱发崩塌失稳，形成危岩体。本区为地震高发区，地震活动异常活跃，也是形成危岩体的因素之一。

4.1.6 人类活动

人工削坡开挖山体，使岩石裸露地表，同时使山体坡脚失去支撑，改变了山体原来的应力平衡状态，容易引起山体两侧产生危岩体。

4.2 各危岩体稳定性分析

根据勘察资料分析：四泵站厂后陡崖上新近系碎屑岩厚度大，岩性主要为砂岩，砂砾岩，砂质泥岩，属极软岩，具崩解性，水理性质差；同时岩体中节理裂隙较发育，特别是顺坡向裂隙，其倾向与边坡坡向几乎一致，对边坡稳定性影响大。

根据地形坡向、地层产状和节理裂隙产状绘制赤平投影图(图5)。由赤平投影图可知：

图5 赤平投影图

①#、②#、③#、④#、⑤#、⑦#、⑧#、⑨#危岩体边坡均属不稳定型，边坡岩性为且岩体节理裂隙与坡体同向，均为高角度倾向崖外，而岩层倾向崖外，倾角较为平缓，坡体表部岩石抗风化能力弱，岩石破碎，尤其是局部存在空腔、倒坡，易在高陡边坡形成危岩体，将对泵站管道、厂房、供电所各设备运行及工作人员产生巨大的安全隐患，需采取工程处理措施。

⑥#危岩体属稳定型。由于进行了人工削坡处理，岩体节理裂隙与坡体同向，但裂隙倾角大于坡角，岩层倾向崖外，倾角较平缓，适当处理后，边坡稳定。

5 处理措施及效果

根据以上分析，厂房后边坡9处危岩体多属不稳定，边坡开挖需对各危岩体采取相应的工程处理措施。

经过处理后，至今已运行5年有余，边坡未发现异常变化，达到了永久治理边坡危岩体的预期目的。

6 结语

以上从通过对景电二期总干四泵站厂后边坡危岩体的发育类型、分布特征、成因类型以及稳定性分析，选择了相应的工程处理措施，处理后运行良好，达到了永久治理边坡危岩体的预期目的。在今后的地质工作中，合理的考虑地质边界条件，正确分析岩体稳定，对工程有着重要意义。