旭龙水电站环境边坡稳定性分析评价

张焕强 杨志川 陈金龙 卞鹏寅 白霖

摘要：为查明旭龙水电站环境边坡工程地质问题并提出工程处理措施建议，确保工程施工安全，通过现场地质调查与测绘、无人机航拍、三维实景模型分析等手段，针对旭龙水电站环境边坡存在的危岩体、崩塌堆积体、强烈卸荷松弛区等三类主要工程地质问题，通过工程地质分析及数值模拟，分析了各类工程地质问题的成因机制及失稳模式，评价了边坡稳定性，并提出相应的工程治理建议。结果表明：危岩体稳定性多为较差至差，崩塌堆积体整体稳定性较好，强烈卸荷松弛区岩体稳定性差。建议对体积最大的1号危岩区采取卸荷开挖、锚固等措施进行治理，避免对体积最大的1号堆积体坡脚开挖，清除S3强烈卸荷松弛区松动岩体后锚固下伏强卸荷岩体。研究结果可为类似工程治理提供参考。

关键词：环境边坡； 边坡稳定性分析； 工程地质； 旭龙水电站

中图法分类号：TV223

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.05.006

文章编号：1006-0081（2024）05-0031-05

0 引言

边坡岩土体的变形破坏，将对工程建（构）筑物安全造成威胁。水电站环境边坡因其特殊的工程环境和工作要求，如通常会承受水流的冲击和侵蚀［1-3］，需要考虑水流对边坡稳定性的影响，对稳定性和安全性要求更高［4-6］；此外，水電站建设和维护成本通常较高，需要使用特殊的工程材料和设备及需定期进行检查和维护等，其环境边坡问题更加复杂［7-10］。因此，在水电站环境边坡勘察时需要更加细致和全面地考虑各种因素。

因工程类型的差异和工程场地地质条件复杂程度的不同，影响自然边坡岩土体稳定的地质要素各有不同，如高陡岩质边坡危岩体控制性结构面性状、堆积体边坡形态与物质组成、顺向岩质边坡地层产状等［11-14］。旭龙水电站因其特殊的地理位置及地质条件，环境自然边坡高陡，河谷深切，卸荷强烈，地质条件复杂，工程地质问题突出。为查明旭龙水电站环境边坡工程地质问题、确保工程施工安全，本文针对旭龙水电站环境边坡3类主要工程地质问题，分析相应的成因机制及失稳模式并评价其稳定性，提出相应的工程治理建议。

1 工程概况

旭龙水电站位于云南省德钦县与四川省得荣县交界的金沙江干流上，是金沙江上游河段“一库十三级”梯级开发方案中的第12级。主体工程为混凝土双曲拱坝，最大坝高213 m，水库正常蓄水位2 302 m，相应库容为7.81亿m3。电站总装机容量2 400 MW（安装4台混流式水轮发电机组），多年平均发电量105.14亿kW·h。

旭龙水电站工程坝址区地震基本烈度为Ⅷ度。坝址区属中高山地貌，谷坡陡缓相间，总体坡度30°～50°，河谷为深切“V”形谷。河谷两岸岸坡陡峻，高程2 150～2 500 m段坡角一般为50°～60°，局部近直立；高程2 500 m以上两岸岸坡变缓，坡角一般为30°～40°，局部较陡。

坝址区及其附近出露的基岩从老至新有中元古界雄松群三段（Pt2x3）斜长角闪（片）岩和混合岩，以及三叠纪印支期侵入的花岗岩（γ15）。斜长角闪（片）岩片理产状250°～270°∠60°～80°；混合岩是由混合岩化作用形成的岩石，基体主要是斜长角闪片岩，脉体主要是长英质；花岗岩是建坝的主体岩石，跨两岸呈南北向带状分布，带宽500 m左右，见图1。

坝址区地表断层多为Ⅲ级或Ⅳ级结构面，以正交金沙江的陡倾断层最为发育，其中规模较大的从下游至上游依次有F1、f3、F2。

坝址区岸坡由于卸荷作用产生大量的卸荷裂隙：① 近似平行于岸坡临空面的陡倾角张开裂隙，多发育于坡顶；② 中缓倾角岸剪裂隙，多发育于边坡陡缓相接的部位（图2）。

如图3所示，岸坡卸荷机理可分为如下几类。① 拉裂区。当最小主应力超过岩体的抗拉强度时，将发生平行于坡面的单向拉裂破坏。② 压致拉裂区。为受压应力控制的张裂破坏，破裂面也以平行坡面为主。③ 张剪破裂区。为剪切作用的破裂机制，破坏准则符合Mohr-Coulomb准则。另外，河谷地带存在剪切松弛卸荷区及高应力区。

坝址区在高程2 300 m以下主要为弱卸荷带，宽度为15.0～35.0 m。高程2 300 m以上的陡崖发育有强卸荷带，强卸荷带宽度一般小于30 m。河床部位卸荷厚度在4.5～10.7 m。

坝址区地处金沙江干热河谷，地下水总体贫乏。从地表往下30～60 m范围内以弱透水为主；60 m以下的岩体则多呈微至弱透水。

厂房区地应力水平为中等应力水平，局部应力集中部位为中等至高应力水平。

坝址区主要工程地质问题之一为环境高边坡局部稳定问题：存在255处危岩体（区）、6处崩塌堆积体、4处强烈卸荷松弛区（S1～S3），如图4所示。

2 危岩体

坝址区危岩体（区）255处，其中左岸109处，右岸146处。两岸发育10 000 m3级危岩体占2.4%，1 000 m3级危岩体占7.8%，100 m3级危岩体占53.7%，100 m3以下危岩体占36.1%。已查明的危岩体基本处于稳定性较差至稳定性差状态。以体积最大的1号危岩区为例，说明重要危岩体（区）的稳定性分析与评价的情况。

1号危岩区高程2 165～2 600 m，体积约145万m3，岩性为斜长角闪片岩。通过现场地质调查与测绘、无人机航拍、三维实景模型分析等，查明边坡岩体受长大裂隙控制，存在不同的分区破坏失稳模式，见图5。

I区分布于危岩区上部，高程2 360～2 600 m，三面临空，临江段坡度45°左右，上、下游侧面形成陡崖。坡表遍布大小不等的松动危岩体，浅表部稳定性差。

Ⅱ区位于Tf116上游侧，高程2 165～2 360 m，两面临空。Ⅱ区Tf50下游至Tf116范围为Ⅱ-1区，其以Tf116为底滑面，以Tf50为侧滑边界，易产生滑移破坏；Tf50上游侧为Ⅱ-2区，其在Ⅱ-1区滑移破坏后，Tf50处形成该区下游侧新的临空面，且在该坡面方向上呈倒坡形态，该区将出现侧向渐进式倾倒破坏。

Ⅲ区分布高程2 165～2 360 m，两面临空，坡度较缓，变形破坏模式以浅层单一块体倾倒或滑移破坏为主。

总体而言，I区、Ⅱ-1区、Ⅱ-2区的变形破坏相互影响、相互制约，Ⅲ区相对独立。Ⅱ-1区位于危岩区中下部，若其失稳，上方的I区及侧面Ⅱ-2区失去支撑，稳定性受到较大影响。图6的数值计算结果表明：1號危岩区前缘部位变形较大，最大变形为Tf116在Ⅱ-1区（图5）前缘出露部位底部。

1号危岩区体积大，高差大，且Ⅱ-1区形成了贯通的底滑面，易发生沿Tf116的滑动破坏，建议对1号危岩区采取卸荷开挖、锚固、排水、坡面防护、监测等综合工程措施进行治理，确保危岩区稳定。

3 崩塌堆积体

坝址区共分布6处崩塌堆积体，以体积最大的1号堆积体（图7）为例，分析其稳定性。

1号堆积体前缘高程2 460～2 500 m，后缘高程2 700 m左右，体积约424万m3。堆积体地形呈沟脊相间地貌，共发育5条冲沟。堆积体成分为崩坡积块碎石夹土，干燥，一般为中密-密实状。堆积体厚度钻孔揭露一般为10～40 m。该堆积体基岩面前缘坡度17°，中部坡度25°～30°，后缘坡度33°。

对1号堆积体块碎石土进行了现场大剪试验，天然状态及饱和状态试验各1组，试验结果如表1及图8所示。

1号堆积体前缘为一级岸坡陡崖；堆积体物质为块碎石夹土，结构密实、干燥，且细粒土有一定程度胶结，抗剪强度较高；在基岩面形态上坡度较缓。综上，1号堆积体整体稳定性较好。但因1号堆积体前缘厚度大、坡度陡（图9），局部易失稳破坏，雨季尤为突出。此外，右岸缆机平台等工程的开挖会削减1号堆积体前缘坡脚，影响堆积体的稳定性。建议清除坡表孤石，避免孤石沿坡面发生滚落；通过清除、支挡、放坡等方式对堆积体进行处理，保证堆积体在缆机平台开挖切脚后的稳定性。

4 强烈卸荷松弛区

坝址区共分布4处强烈卸荷松弛区。以S3强烈卸荷松弛区（图10）为例，分析重要强烈卸荷松弛区的稳定性。

S3强烈卸荷松弛区位于进水口边坡开口线以上，处于F2下游与1号堆积体之间的突出山脊；分布高程2 410～2 680 m，平面面积约3.7万m2，平均坡度40°左右。

该区地形突出、多面临空、多面卸荷，卸荷松弛强烈，浅表岩体具松动特征，岩体破碎，危岩体与危石集中发育，受卸荷松动作用影响，坡表遍布松动危岩体，松动张开，大小不一，小者数立方米，大者可达数百立方米。

S3强烈卸荷松弛区中发育S3-1、S3-2、S3-3等3处松动区，位于右岸缆机平台边坡上方山梁部位（图11）。3处松动区地形突出，呈“脊状”，多面临空、多面卸荷。

3处松动区卸荷松弛强烈，浅表岩体具松动特征，松动深度一般为5～7 m，沿卸荷裂隙面具倾倒剥离特征，岩体破碎，危岩体与危石集中发育，易崩塌、剥落等，稳定性差。

由于S3强烈卸荷松弛区朝金沙江方向崩落将影响引水洞进口及缆机平台边坡安全，建议清除松动区岩体，锚固下伏强烈卸荷岩体。

5 结论

金沙江上游旭龙水电站工程地质条件复杂，环境边坡工程地质问题突出。本文通过现场地质调查与测绘、无人机航拍、三维实景模型分析等，查明了旭龙水电站环境边坡危岩体、崩塌堆积体、强烈卸荷松弛区等3类主要工程地质问题，分析了其失稳模式，对其稳定性进行了评价，提出了相应的工程处理措施建议，可为工程治理提供依据。

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编辑：高小雲

Analysis and evaluation of environmental slope stability of Xulong Hydropower Station

ZHANG Huanqiang，YANG Zhichuan，CHEN Jinlong，BIAN Pengyin，BAI Lin

（Three Gorges Geotechnical Consultants Co.，Ltd.，（Wuhan），Wuhan 430074，China）

Abstract：

In order to identify the engineering geological problems of the environmental slope of Xulong Hydropower Station，propose suggestions for engineering treatment measures，and ensure construction safety，three main engineering geological problems，namely the dangerous rock masses，collapse accumulation bodies，and strong unloading relaxation areas were summarized through on-site geological survey and investigation，unmanned aerial vehicle （UAV） aerial photography，and 3D real scene model analysis.The causes and instability modes were analyzed，and their stability were evaluated and corresponding engineering suggestions were proposed by means of engineering geological analysis and numerical simulation.The results indicated that the dangerous rock masses mostly had lower or poor stability，the overall stability collapse accumulation bodies was good，and the rock of strong unloading relaxation areas hade poor stability.It is suggested that the No.1 dangerous rock region which has the maximum volume should be taken unloading excavation，anchoring and other measures.The No.1 accumulation body which has the maximum volume should be avoided excavation at the foot of the slope，the underlying strong unloading rock mass should be anchored after removing the loose rock mass in the S3 strong unloading and relaxation area.The research results can provide a reference for the treatment of similar projects.

Key words：

environmental slope； analysis of slope stability； engineering geology； Xulong Hydropower Station

收稿日期：2023-10-12

作者簡介：张焕强，男，高级工程师，博士，主要从事岩土工程勘察、设计、研究工作。E-mail：zhanghuanqiang@cjwsjy.com.cn