西南某水电站坝基抗滑稳定性分析与研究

摘要：在大坝前期勘察期间，需要详细调查坝基岩体中存在的结构面，为坝基抗滑稳定提供可靠的地质边界条件，并为工程的顺利实施提供可靠的地质依据。以中国西南地区某水电站为例，结合重力坝布置方案，对坝基范围内坝基岩体分布特征、缓倾角结构面发育特征、裂隙连通率及断层发育特征进行了勘察、分析与研究。研究结果表明：建坝岩体主要为灰岩、间夹板岩，岩层缓倾，断层、裂隙较发育，但发育深度有限，且连通率较低，不存在深层抗滑稳定问题。

关键词：混凝土重力坝; 坝基抗滑稳定; 坝基岩体质量; 缓倾角结构面

中图法分类号：TV223文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.05.009

文章编号：1006 - 0081（2022）05 - 0053 - 05

0 引 言

重力坝抗滑稳定是重力坝勘察的重要工程地质问题之一。在国内大多数水电站重力坝前期勘测过程中都需要对坝基范围内缓倾角断层、软弱夹层等各类型结构面进行研究[1]，从而进行坝基抗滑稳定边界条件的界定分析，为重力坝的坝基抗滑稳定问题提供地质依据。通过对坝基范围内一定深度各类型结构面的统计、分析，确定结构面分布特征、性狀及力学参数，为坝基抗滑稳定提供清晰的地质边界条件。

1 工程概述

该水电站位于金沙江干流，拟定为混凝土重力坝，正常蓄水位2 090 m，坝顶高程2 096 m，最大坝高126 m，坝轴线全长318 m，共分16个坝段，沿坝轴线从左至右依次为：① 1～5号为左岸非溢流坝段，轴线长100 m，最大坝高96 m;② 6～11号为表孔坝段，轴线长112 m，最大坝高126 m;③ 13号为取水坝段，轴线长20 m，坝高65 m;④ 12， 14～16号为右岸非溢流坝段，轴线长86 m，最大坝高87 m。

工程区位于一级大地构造单元分区松潘-甘孜褶皱系（Ⅲ）与唐古拉-昌都-兰坪-思茅褶皱系（Ⅳ）分界部位，坝址位于二级构造单元中甸-仪敦优地槽褶皱带（Ⅲ1）的三级分区东旺-巨甸（中咱）褶断束（Ⅲ11）内，水库位于东旺-巨甸（中咱）褶断束及金沙江褶皱束（Ⅳ22）两个三级构造分区内。

坝址距金沙江断裂最近约6 km，距德钦-中甸断裂最近约5 km;古学断层位于坝址上游约7 km，甲学断层分布于坝址左岸，离坝址最近约0.5 km;坝址外围东面发育孜根向斜，西面发育绒丁向斜，轴向均呈NNW向。坝址区构造挤压明显，岩层产状变化大，小的褶曲、断层和层间挤压错动较发育，但层间结合一般较紧密;坝址区无活动断裂分布，小断层较发育。

大坝最主要的工程地质问题为坝基抗滑稳定问题。大坝建基岩体以灰岩为主，间夹板岩;岩层缓倾，断层、裂隙较发育，需要通过统计、分析坝基岩体中存在的断层、裂隙，从而确定坝基抗滑稳定的边界条件。

2 坝基岩体地质条件

大坝主要建坝岩体以碳酸盐岩为主（图1～2）。根据设计方案，河床及两岸临近坝段（4～11坝段）大坝建基面高程1 970～2 020 m，相应坝高76～126 m，建坝岩体呈微风化，岩体完整性较好，根据坝基处河床钻孔揭露，坝基岩体质量主要为ⅡA类，局部夹Ⅲ1A类，是良好的混凝土高坝坝基。左岸非溢流坝段（1～3坝段）拟定建基面高程2 040～2 073 m，相应坝高23～56 m，建坝岩体呈弱风化，坝轴线一带2号坝段为灰岩，坝基岩体质量主要为Ⅲ1A类夹Ⅳ1A类，1号坝段为第三段板岩，且平面上靠近曲岗丁冲沟陡崖地段，板岩与灰岩界线陡降至河边，即1号坝段及2～5号段坝体下游侧建坝岩体为板岩，Ⅳ2B类夹Ⅲ2B类岩体，岩体强度及抗变形性能较差，如建基面下板岩厚度不大则建议予以挖除，直接以灰岩作为建坝岩体。右岸非溢流坝段（12～16坝段）拟定建基面高程2 009～2 071 m，相应坝高25～87 m，基本为碳酸盐岩，为弱风化带弱卸荷岩体，岩石本身强度较高，岩体完整性一般至较差，坝基岩体分为Ⅲ1A， Ⅳ1A类，工程地质条件稍差至较差。

根据坝址区地层及岩性组合关系划分，含水岩组主要有两种类型含水单元：① 巨厚层碳酸盐岩（灰岩、角砾状灰岩、灰质白云岩）组成的相对含水岩组;② 碳酸盐岩夹板岩类组成的相对含水岩组，主要包括第2段碳酸盐岩夹板岩、第4段碳酸盐岩夹板岩透镜体。相对隔水岩组主要为板岩，左岸地层以第3段、第5段板岩为主，右岸地层以第1段板岩为主。坝区左岸以2 070 m高程为界，2 070 m高程之下为灰岩透水岩体，2 070 m高程之上以板岩隔水岩层为主;河床以含水岩组为主;右岸以fⅠ-1断层为界，断层上盘为第一段板岩隔水岩组，断层下盘为第二段碳酸盐岩相对含水岩组。

3 坝基岩体质量

灰岩类微新岩体呈较完整-完整，主要为ⅡA类岩体，微新岩带局部完整性较差和弱溶蚀风化带较完整的岩体为Ⅲ1A类;板岩微新岩体主要为Ⅲ2A类（综合强度略低于灰岩类的Ⅲ1A类岩体），微新岩带部分完整性较差的岩体为Ⅳ1A类。各类岩体参数如表1所示。

4 坝基抗滑稳定性分析

根据地表测绘成果可知，混凝土重力坝坝基范围较长大断层主要由fⅠ-1， fⅠ-2和f4组成，并以fⅠ-1为主干呈扫帚状展布。从长大结构面平面组合上看，fⅠ-1， f4断层与河床斜交、倾向上游偏右岸，可构成坝基抗滑稳定上游侧及右岸切割边界;fⅠ-2位于坝基下游侧，与河床大角度相交且倾向上游侧，可构成坝基下游侧滑出面，缺少左侧的侧向切割边界条件。

大坝两岸陡坡、陡崖上除零星发育少量缓倾角裂隙外，无成组成带和长大缓倾角结构面发育。河床钻孔的彩色电视录像揭示，建基面以下30 m范围内存在一些缓倾角结构面，主要为河谷应力增大而产生的剪切裂隙，其发育及分布明显不均一（见表2），裂面多呈起伏粗糙状，无充填或充填泥钙膜，规模较小，延续性差，主要沿层理面发育或呈追踪式小角度切层发育，产状多为走向NW、倾向NE～NEE或SW，少量走向NE、倾向NW。统计坝基缓倾角结构面得到各钻孔铅直线密度平均值为1.2～8.0 m/条，其中河床坝基范围BZK8号钻孔竖直平均线密度为1.5 m/条，在高程1 976.7～1 969.9 m，1 965.0～1 955.5 m和1 948.5～1 940.2 m时相对集中发育;而坝体下游侧BZK18孔的缓倾角结构面则主要在开挖面以上有少量发育，开挖面以下基本不发育，零星分布且规模较小;BZK8孔3处相对发育部位按产状顺延至BZK18孔，除高程1 948.5～1 940.2 m对应发育个别短小缓倾角裂隙外，另两高程处均无对应发育，说明其延伸性差[2-3]。根据河床中心垂直大坝轴线的二维条件考虑，这些缓倾角结构面可能构成“结构面-岩体”的潜在底滑面组合。根据BZK8， BZK18孔揭露情况，在钻孔间各模拟一条随机缓倾角裂隙参与组合，推测大致有2个潜在底滑移面（图3）：① 位于坝基下0～22 m，底滑面长126.2 m，综合产状38°∠22°，视倾角10°，结构面线连通率约28%;② 位于坝基下15.9～52.5 m，底滑面长132.7 m，综合产状69°∠19°，视倾角16°，结构面线连通率约30%;上游切割面为断层f4（235°～250°∠60°～76°），下游滑出面均为fⅠ-2（240°～260°∠52°～57°）。河床坝段可能的底滑面连通率较低，下游滑出面倾角较陡，左侧区无明显侧向切割面组合切割[4-5]。

坝基岩层走向与金沙江流向呈小角度斜交，右岸区断层fⅠ-1以下灰岩呈顺坡向、中倾角结构，若张开的层面连续性较好，在断层fⅠ-1及其他方向结构面组合的情况下，灰岩层面可构成潜在滑移面，影响右岸坝肩抗滑稳定。但从钻孔录像可看出：① 大部分层理胶结紧密，仅少量卸荷张开形成中缓倾角短小裂隙，总体基本不发育，竖直线密度约3.8 m/条，在选择建基面时主要考虑将浅表部卸荷裂隙较发育段予以挖除处理;② 左岸岸坡段为逆向坡结构，缓倾角裂隙亦不发育，竖直线密度3.8～8.0 m/条，其成因以卸荷为主;③ 香得公路外侧BZK2钻孔揭示，该组在建基面下未发育裂隙，且左岸区板岩与下伏灰岩接触面倾角较平缓，由钻孔揭露情况看，岩性界面处多呈突变或角砾岩化紧密接触，当坝基下板岩厚度较薄时，建议挖除，挖除后不会构成潜在滑移面[6-7]。

5 结 语

该混凝土重力坝主要存在缓倾角裂隙潜在控制的抗滑稳定问题，坝基抗滑稳定问题不突出。建议设计时重点考虑将浅表层卸荷裂隙较发育岩带予以挖除，设计过程中需主要考虑坝体混凝土与建基岩面的抗剪问题。

参考文献：

[1] 马清，常晓林. 基于分项系数法的亭子口重力坝坝基抗滑稳定分析[J]. 三峡大学学报（自然科学版），2009，31（4）：27-30.

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[3] 齐立伟，都兴洋，郑玉玲，等. 瓦托水电站坝基抗滑稳定研究[J]. 东北水利水电，2017，35（7）：13-15，71.

[4] 张绍成. 雅砻江某水电站坝基抗滑稳定性初析[J]. 四川水力发电，1998（2）：22-26，95.

[5] 张彦文. 和尚沟水电站大坝抗滑稳定性分析[J]. 水科学与工程技术，2019（4）：60-62. .

[6] 柳申周. 永和水电站重力坝坝基抗滑稳定性分析[J]. 山西水利，2009，25（6）：48，54.

[7] 沈军辉. 雅砻江牙根二级水电站边坡及坝基稳定性地质专题研究[R]. 成都：成都理工大学，2013.

（编辑：高小雲）

Analysis and study on anti sliding stability of dam foundation of a hydropower station in Southwest China

TAN Chaoshuang

（Changjiang Three Gorges Survey and Research Institute Limited Company， Wuhan 430074， China）

Abstract： During the early investigation of dam site， it is necessary to investigate the structural planes existing in the rock mass of dam foundation， so as to provide reliable geological boundary conditions for anti sliding stability of the dam foundation and geological basis for the smooth construction of the project. Taking a hydropower station in Southwest China as an example， the distribution characteristics of dam foundation rock mass， development characteristics of gently inclined structural plane， fracture connectivity and fault development characteristics within the dam foundation are investigated， analyzed and studied in combination with the layout scheme of gravity dam. The research results shows： the rock mass of the dam is mainly composed of limestone and intercalated slate; the rock stratum is gently inclined; faults and fractures are relatively developed， but the depth is limited and the connectivity is low， so this dam is safe with anti indepth sliding stability .

Key words： concrete gravity dam; anti sliding stability of dam foundation; dam foundation rock mass quality; gently inclined structural plane

收稿日期：2021-10-09

作者簡介：谭朝爽，男，高级工程师，主要从事水电工程勘察工作。E-mail： 79984593@qq.com