岩质渠道边坡稳定性影响因素分析

李增平

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 概述

南水北调中线工程是一项跨流域、跨省市的特大型水利工程，经常遇到岩质边坡开挖，邢石段作为该工程的一部分，全长65.7255km，共布置大型河渠交叉建筑物9座，长3.814km，铁路交叉建筑物2座，长0.449km，渠道总长61.4625km。引水设计流量：进口桩号172＋000为220m3/s，出口桩号236＋934.9为170m3/s。其中邢石段岩质边坡渠道长550m，桩号为190＋000～190＋550。

渠道设计要素：左边坡设四级马道，右边坡设两级马道，一级马道高程80.987～80.957m，二级马道高程88.987～88.957m，三级马道高程94.978～94.960m，四级马道一般高程100.96m，一级马道宽5m，二级马道以上（包括二级马道）宽2m；设计渠底高程73.437～73.407m，设计渠底宽度21.0m；二级马道以下渠坡设计1∶1，二级马道以上渠坡设计1∶1.5。

2 地质概况

2.1 地形地貌

本渠段地貌为低山丘陵地带，地形起伏不平，该处为孤立的山体，渠道从山体NE方向坡面穿过，渠道左边坡高，右边坡低，左边坡最大高程107.6m，右边坡最大高程94m，渠道渠底高程73.437～73.407m，最大挖深34m。

2.2 地层岩性

石渠段渠道开挖揭露的地层主要为寒武系上统崮山组地层，上部局部分布厚度不大的第四系松散覆盖层。

现由老至新分述如下：

2.2.1 寒武系上统崮山组（∈3g）

石渠段地层岩性变化较大，岩性复杂，总的概括为：进口段岩性为薄层青灰色泥质灰岩夹中厚层紫红色竹叶状、鲕状灰岩，中间段上游为中厚层青灰色、褐红色细晶灰岩夹薄层青灰色泥质灰岩，中间段下游为薄层青灰色泥质灰岩夹中厚层细晶灰岩，出口段为薄层灰黄、紫红泥灰岩夹页岩。本层厚度大于50m。

2.2.2 第四系中更新统坡洪积（dl＋plQ2）

棕红色、红褐色粘土及含粘土碎石层。主要分布在石渠段基岩的上部，厚度0.5～3m。

2.2.3 上更新统中段冲洪积（al＋plQ23）

岩性为黄土状壤土，浅褐黄色，干，硬塑，具大孔隙，含钙核，厚度0～3m。主要分布石渠进口段左边坡。

2.3 地质构造

参考原有资料及现场开挖实际情况，石渠段内未发现区域性或大规模断裂，石渠段内地质构造以小断裂及构造裂隙为主，小断层及构造裂隙大部夹红色粘泥，多为次生后期充填红土，正是由于这些小的断层发育，破坏了岩体的完整性，对渠道边坡的稳定构成不利影响。

2.4 水文地质条件

本渠段地下水主要为基岩裂隙水，地下水位埋深较大，渠道开挖深度内未见地下水，施工为干场地作业。

2.5 物理地质现象

该渠段为灰岩地层，局部岩体溶蚀现象明显，施工阶段在一级马道和渠底揭露直径1～1.5m的溶洞有13个，最大直径7～10m，洞口岩体破碎，具有一定的延伸。溶洞采取灌浆处理措施，对边坡稳定影响不大。

3 影响岩质边坡稳定性因素分析

影响岩质边坡稳定性因素很多，主要有岩体本身物理、力学指标、构造发育程度、结构面、岩体风化程度、地表水及地下水作用等。

3.1 岩体本身物理力学指标

岩性差异及岩石的抗压强度、密度、软化性质、耐崩解性、耐风化程度、矿物成分等对岩质边坡稳定性有很大影响。

由于组成边坡的岩性不同，岩石的边坡稳定性不同，根据其抗压强度可分为软岩及硬岩，一般情况下，硬岩的边坡稳定性好于软岩，但受到岩石构造、完整性、风化程度、坡高、地下水作用等诸多因素影响，即使是同一类岩石，其稳定性也有很大差别，该段渠道岩性分别为薄层青灰色泥质灰岩夹中厚层紫红色竹叶状、鲕状灰岩，中厚层青灰色、褐红色细晶灰岩夹薄层青灰色泥质灰岩，薄层青灰色泥质灰岩夹中厚层细晶灰岩，及薄层灰黄、紫红泥灰岩夹页岩，由于本身物理力学性质的差异及受构造影响，薄层岩石稳定性较差。

3.2 岩体完整性及风化程度

本渠段左边坡最高达34m，渠底高程73.437～73.407m，分为5级边坡，坡高6～8m，最大挖深34m。过水断面坡比采用1∶1，一级马道以上根据岩石完整性及风化程度坡比采用1∶1～1∶1.5。

岩体风化使岩体强度降低，边坡稳定性变差，加之岩体结构面不利组合、地表水作用，促使岩石风化程度较高的岩体边坡稳定更加不利。

3.3 岩体构造发育程度及结构面对边坡的影响

本段岩体为层状构造，岩层产状大部为走向NE10°～30°倾SE，倾角25°～40°，渠道轴线走向NW319°与边坡交角50°～70°，倾角小于坡角，且部分层面夹泥，对左边坡稳定不利，对右边坡稳定较好。经计算左边坡虽自稳，但接近极限平衡状态，建议采用穿层锚杆对岩层进行加固，作为各种运行工况的安全储备。

受构造影响，局部节理裂隙发育，主要发育2组节理：①走向SN～NE30°，倾NW，倾角50°～75°。②走向NW280°～290°，近直立；局部节理走向EW，倾N，倾角60°～80°。节理间距大部0.3～1.0m，与层面之间形成对左边坡稳定不利的组合，左边坡稳定性较差。

岩体地质构造发育程度、风化程度、结构面产状对边坡的稳定性起着控制性作用。综上所述本渠段左边坡的稳定性较差，是采取工程措施对重点部位进行固坡。

3.4 地下水及地表水

本段渠道在开挖深度内未见地下水，由于渠段岩石节理裂隙发育，岩体多切割成5～40cm块状，裂隙面多充填0.1～3cm的红粘土，雨季地表水沿层面、节理裂隙面入渗，使得岩层层面及红粘土抗剪强度降低，对边坡造成不利影响，因此边坡支护的同时，要采取必要的工程措施封堵地表水、坡水对边坡的入渗。

4 结语

影响岩质边坡稳定的因素很多，如岩体完整性、岩石类别、风化程度、岩石强度、结构面组合及结构面与边坡的关系、结构面的粗糙、起伏、裂隙充填情况、地下水与地表水作用等，在工程设计与施工中，在工程地质测绘的基础上，要充分对上述因素进行综合分析，合理选择适宜具体地质条件的边坡坡比及喷锚支护等固坡措施，确保边坡的安全稳定。

［1］李建林，王乐华，等.岩石边坡工程［M］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［2］孙玉科.边坡岩体稳定性分析［M］.北京：科学出版社，1988.

［3］河北省水利水电勘测设计研究院.南水北调中线一期工程总干渠（邢石界至古运河南渠段）初步设计报告（第一篇综合说明）［R］.2009.

［4］GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.