CSMR分类在大伙房水库输水（二期）工程取水头部开挖边坡稳定分析中的应用

魏长勇

（辽宁大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007）

CSMR分类在大伙房水库输水（二期）工程取水头部开挖边坡稳定分析中的应用

魏长勇

（辽宁大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007）

由于岩体结构分类能充分反映边坡的地质特征,因而边坡岩体质量评价能有效的用于边坡的稳定性分析，为工程设计提供一种依据。文中介绍了边坡岩体质量评价分类的CSMR法，并结合输水工程取水头部边坡工程的实例，讨论运用CSMR系统进行边坡岩体质量分类的改进意见。实践证明，此法具有简便性和可行性，值得进一步推广。并结合工程实践指出此法的不足之处。

CSMR法；稳定分析；边坡开挖；稳定分析

1 工程概况

取水头部竖井呈一半规则葫芦形，长77.6 m，上游处宽40.6 m，下游处宽19 m。设计开挖高程140.2 m，竖井最低高程92 m。留二级马道，一级马道高程132.5 m，右侧较宽，主要用于门机行走，左侧较窄，开挖边坡坡度1∶0.75，二级马道高程113.0 m，开挖边坡坡度1∶0.3，开挖最低高程92.0 m，开挖边坡坡度1∶0.1，开挖深度最大40.5 m。

取水头部竖井正式施工后，开挖面高程到111.0 m，已开挖边坡在不利地质条件作用下，局部发生过几次滑塌，同时施工中二级马道未能形成，且存在不利地质体的隐伏，为了及时修改设计，对已开挖边坡进行加固处理，分析判断未开挖边坡可能出现的地质问题，特从地质测绘角度，结合物探测试成果，根据已开挖边坡所揭露的地质现象，初步分析评价边坡的稳定性，并提出一些建议。

2 地形地貌

取水头部竖井位于大伙房水库左岸，紧邻水库副坝一鼻子状孤立山体部位，即一面靠山，三面环水，地面最大高程145.9 m，山顶呈浑圆型，地貌上属低山丘陵地貌。在竖井右侧冲沟较窄，宽约16 m，距竖井中心线80 m，沟底高程123 m；竖井左侧冲沟较宽，呈宽敞型，宽约55 m，距竖井中心线64 m沟底高程127 m。库水位正常为131.5 m。

据初步设计成果资料，场地基岩岩石风化较深，且竖井位置距库区较近，为了预防竖井在开挖过程中出现较大渗漏问题，故设计对竖井左右侧冲沟进行了土石方回填，回填高程为140.2 m，水下回填高程最低为126.0 m，并分层进行了碾压。

3 地层岩性

据初步设计成果资料及已开挖竖井揭露的地质情况，场地基岩岩性较简单，主要为太古代混合花岗岩，局部存在辉绿岩脉侵入体。

太古代混合花岗岩，灰白色～肉红色，中粗粒变晶结构，片麻状～块状构造，主要由石英、正长石、黑云母等矿物组成。

辉绿岩脉侵入体，灰绿色，隐晶结构，块状构造，主要由辉石及长石矿物组成，在竖井已开挖段共揭露四段，其中在竖井左右两侧各揭露两段。

竖井左侧边坡，辉绿岩脉第一段揭露桩号0+005左右，脉宽1.5 m，侵入产状NE80°NW∠80°，第二段揭露桩号 0+062 左右，侵入产状 NW315°～335°NW∠85°～88°，该岩脉呈上窄下宽之势，脉宽1 m～2.5 m；竖井右侧边坡，第一段揭露桩号0+008左右，脉宽20 cm，侵入产状NE10°NW∠81°，第二段揭露桩号0+031左右，脉宽1.5 m，侵入产状NE10°NW∠81°。所揭露的这四段辉绿岩脉均反映一个共性，即脉体内岩石破碎～较破碎，与周边围岩接触带岩体也均较破碎～破碎，接触带宽一般为1 m左右。

受竖井地形地貌的影响，岩石风化带的分布主要受地势控制，现竖井已开挖边坡岩石强～弱风化，强风化下限高程，最低位置揭露于竖井右右侧冲沟。

4 地质构造

在竖井开挖过程中未发现有区域性构造及较大断层构造通过，只是在桩号0+081.5左右在竖井右边坡揭露一小型构造，该构造宽约1 m，产状为 NW347°NE∠68°，断层组成物质主要为断层角砾岩，胶结不差，断层两侧岩体破碎。该构造延伸于下游迎水坡揭露，受此影响，在下游迎水坡左侧部分在高程132.5～122 m发生滑塌，范围较大，滑塌深度最大2 m。

总体来说，通过已开挖边坡的测绘结果，边坡岩体完整性差～破碎，包括原生节理及后期卸荷裂隙的互相切割，岩体呈镶嵌碎裂结构，同时局部有辉绿岩脉侵入体的存在，更加强了边坡岩体的破碎程度。在竖井开挖至122.5 m高程时，在左侧边坡、下游迎水坡及右侧边坡（至出碴道路）进行了半环形物探测试。测试结果表明，边坡岩体在坡面以下4～5 m范围内波速值较低，多在4 000 m/s以下；坡面以下5～12 m范围内，多数均在4 000 m/s以上，局部低于4 000 m/s。这可以说明，在坡面以下4～5 m范围内岩体破碎～较破碎，5～12 m范围内岩体完整性差～较完整，但局部存在节理密集带或破碎带。

据已开挖边坡地质测绘成果，对节理进行了统计，竖井区主要发育三组节理：

第一组节理，走向NE40°，倾向NW占多数，倾角多在60°以上，且 60°～70°节理占多数；倾向 SE 的节理倾角 35°～80°，节理间距1～2 m，节理性状也较单一，表现为微张，岩屑充填，节理面平直光滑，且贯穿性较大，该组节理与竖井左右侧边坡走向基本一致，尤其是对左侧边坡的稳定影响较大。

第二组节理，走向NE20°，倾向NW为主，倾角多在70°以上，节理间距2～3 m，节理性状同第一组节理，该组节理与竖井左右侧边坡走向为小角度相交，对左侧边坡影响较大，同时与第一组节理互相切割，对边坡稳定影响更大。

第三组节理，走向NW327°，倾向NE为主，倾角20°～90°，节理间距2～3 m，节理性状表现为闭合～微张，岩屑或无充填，节理面平直光滑～平直粗糙，贯穿性较大，该组节理对下游迎水坡稳定影响较大。

5 已开挖竖井边坡初步稳定分析评价

竖井开挖底高程在111.0 m，已形成一20多米的高坡，在施工开挖过程中，在竖井左侧边坡及下游迎水坡均发生过沿节理面滑塌现象，且在左侧边坡122 m左右高程存有一混凝土裂缝，边坡的稳定与否直接影响到整个工程的工期。通过边坡地质测绘成果，辅助对竖井绘制纵断图与横断图，初步分析评价边坡稳定性。

根据现有边坡设计和开挖状况，该工程边坡为人工开挖而成，属于工程边坡；边坡由强、弱风化混合岩体组成，属于岩质边坡；边坡坡比为1∶（0.1～0.3），属于悬坡；边坡设计最大高度约50 m，为高边坡。

根据前期勘察资料和开挖揭露看，受构造和风化、卸荷影响，边坡岩体节理裂隙发育，岩体破碎，属碎裂结构边坡，边坡稳定性较差，稳定坡角取决于岩块间的镶嵌情况和岩块间的咬合力。根据CSMR边坡岩体质量分方法对工程边坡进行稳定性分类分析，即根据边坡的岩体质量和影响边坡的各种因素进行综合测评，然后对其稳定性进行分类，半定量地进行稳定性评价。

CSMR分类因素基本上分为两部分，一部分是岩体基本质量（RMR），由岩石强度、RQD、结构面间距、结构面条件及地下水等因素综合确定；另一部分是各种边坡影响因素的修正，包括边坡高度系数（ξ）、结构面方位系数（F1，F2，F3）、结构面条件系数（λ）及边坡开挖方法系数（F4）。采用积差评分模型，其表达式定为：

1）坡高系数ξ按下式计算：

式中：H——边坡高度，m。经计算，工程上游边坡坡高系数为1.49，其它边坡坡高系数为1.29。

2）RMR值的确定是对岩体的5个因素，即岩石强度（单轴抗压强度或点荷载强度）、RQD值、结构面间距、结构面特征、地下水状况按权重给以评分，再对各因素的评分求和，得到总评分。计算标准和评分见表1。

表1 RMR值计算标准及评分表

经计算，上下游边坡RMR值42分，两侧边坡RMR值39分。

3）边坡F1，F2，F3的确定方法。F1反映结构面倾向与边坡倾向间关系的系数；F2与结构面的倾角相关的系数；F3反映边坡倾角与结构面倾角关系的系数。F1，F2，F3取值见表2。

表2 结构面方向修正表

根据设计方案和现场测绘资料，基坑四侧边坡倾向分别为：

左侧边坡：a左315°，β左73°～84°，a主320°，β主60°～70°，边坡破坏为滑动型，其F1=1，F2=1，F3=50；

右侧边坡：a右135°，β右73°～84°，a主320°，β主60°～70°，边坡破坏为倾倒型，其 F1=1，F2=1，F3=25；

上游边坡：a上225°，β上73°～84°，a主320°，β主60°～70°，边坡破坏为滑动型，其 F1=0.15，F2=1，F3=50；

下游边坡：a下45°，β下73°～84°，a主55°，β主60°～70°，边坡破坏为滑动型，其 F1=0.70，F2=1，F3=50。

4）结构面多为贯穿裂隙，其结构面条件系数λ为0.8～0.9。

5）开挖方法采用预裂爆破爆破，其开挖方式系数F4为10。

经过计算，其各侧边坡的CSMR值如下：

CSMR左=20.31；CSMR右=40.31；CSMR上=66.58；CSMR下=44.58。

通过上述的边坡岩体质量评分和各项边坡工程因素的修正后，得出各边坡CSMR总分，根据表3可看出，该工程左侧边坡类别为Ⅴ类，边坡很不稳定；右侧边坡类别为Ⅳ类，边坡不稳定，上游侧边坡为Ⅱ类，边坡稳定；下游侧边坡为Ⅲ类，基本稳定。

通过实际开挖可以看出：

1）竖井左侧边坡，受第一组与第二组节理影响较大，现开挖边坡坡度受第一组节理控制，基本接近设计开挖坡度，第一组节理间距1～2 m，在与其它节理相互切割下形成不稳定块体；在向下游方向宽度变窄过渡段部分，受节理影响，过渡段在实际开挖过程中未形成渐变形，应力集中，此段边坡不稳定；同时在左侧边坡揭露有两段辉绿岩脉侵入体，脉宽均在1.5 m以上，侵入带及周边岩体破碎，易掉块滑落。开挖高程113.0～92.0 m，设计开挖边坡1∶0.1，坡度大于第一组节理倾角，边坡不稳定。

表3 CSMR评价边坡稳定性表

2）竖井右侧边坡，受第一组倾向SE向节理影响较大，在与其它节理相互切割，局部有小型滑落体；在下游方向与迎水坡交接部位发育一小型构造，构造影响带岩体破碎，边坡不稳定，现局部已出现倒坡。同时在坡顶上现放置一门吊，对边坡稳定不利。现右侧边坡通有一出碴道路，人为缩短边坡开挖长度，且堆碴形成自重式挡墙，对边坡稳定有利，开挖高程113.0～92.0 m，设计开挖边坡1∶0.1，在出碴道路上座落混凝土墩，用于门机通过，对边坡稳定不利。

3）竖井背水坡（岩坎）及下游迎水坡，该两边坡受第二组及第三组节理的影响，存在不利稳定的结构面，由于背水坡在开挖工作前进行过灌浆处理，对边坡稳定有利，下游迎水坡，随着边坡的开挖，边坡宽度逐渐变小，对边坡稳定有利。

在竖井开挖过程中，坡面地下水溢出点较少，且水量较小，均小于5 L/min，故地下水对坡面影响较小。

6 结论与建议

竖井开挖底高程111.0 m，已形成20 m高边坡，根据地质测绘成果，已开挖边坡坡面岩体完整性差～破碎，岩体呈镶嵌碎裂结构，地下水溢出点较少，水量较小，无较大构造穿越竖井，物探测试成果表明，在坡面以下4～5 m范围内岩体破碎～较破碎，5～12 m范围内岩体完整性差～较完整，但局部存在节理密集带或破碎带，综合分析初步可得出下以结论：

1）该工程左侧边坡类别为Ⅴ类，边坡很不稳定；右侧边坡类别为Ⅳ类，边坡不稳定，上游侧边坡为Ⅱ类，边坡稳定；下游侧边坡为Ⅲ类，基本稳定。从现有开挖情况看，左侧边坡已出现多处失稳现象，右侧边坡开挖过程中也曾出现开挖底脚倾倒，形成倒坡，下游坡曾出现沿构造面滑坡现象，所以说，按原设计条件下，天然边坡不能满足稳定要求。经过削坡和锚喷处理，现有开挖边坡基本上处于稳定状态。

2）根据设计方案，未开挖深度尚有约20 m，随边坡逐渐加高，底部边坡仍存在不稳定，建议采取支护措施，以保证工程的安全运行。

3）根据物探资料，边坡岩体松弛区4～5 m，在坡面下5～12 m范围内局部存有节理密集带或破碎带，所以，采取锚杆长度3.5 m的锚喷支护措施可能无法满足边坡稳定的要求，建议采取其它的锚固措施。施工中及时采取了8～12 m花管注浆法进行了锚固，效果较好。

4）从总体上看，天然条件下边坡存在失稳的可能，开挖初期阶段虽然采取了一定的支护措施，已开挖边坡现阶段较稳定，为了保证边坡施工期的稳定运行，建议进行边坡稳定监测。

5）边坡岩体变形影响区的确定对防止边坡发生深层滑动有重要意义，建议不同高度及不同位置采用多点位移计进行边坡岩体变形测试。

6）对132.5 m高程竖井四周建议进行地面排水及防渗处理。

7）支护应随开挖进行，并建议缩短回次开挖深度，以缩短支护处理时间。

综上述结论，开挖110 m高程后及时采取加固措施，通过监测及开挖效果看，没有发生大的滑坡及安全事故，按计划工期顺利完工。

TV671

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1002－0624（2012）06－0008－03

2012-02-10