水库边坡不稳定体稳定分析及处理

2015-10-12张仲靓

地球 2015年7期

关键词：凝灰岩倾角水利水电

张仲靓

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830091）

水库边坡不稳定体稳定分析及处理

张仲靓

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830091）

高边坡及不稳定体是水利水电工程中常见的地质问题，对水库大坝的安全有重大隐患，尤其是面板坝，对边坡的要求极高，本论文以下天吉水库为例，在详实的勘测成果上，结合工程竣工地质报告以及各阶段的勘察资料，从左岸高边坡地形地质条件、以及结构面性质及组合等方面入手，进行综合分析，提出处理意见。

不稳定体稳定系数底滑面稳定性分析

高边坡及不稳定体是水利水电工程中常见的地质问题，对水库大坝的安全有重大隐患，尤其是面板坝，对边坡的要求极高，以下从五个方面对不稳定体进行分析并提出处理意见。

1　不稳定体的地质条件

不稳定体处于坝址左岸边坡，大致以趾板线方向分界，分别出露凝灰岩、粉砂岩两个岩组，趾板线以上多为厚层块状凝灰岩夹粉砂岩，下游方向多为薄层状粉砂岩，由于岩体耐风化程度不同，前者多表现为陡坎，后者多呈沟谷。

通过测绘资料分析，主要发育NW向和NE向两组断层，其中NW向断层从左坝肩及左岸趾板线通过，表现为陡倾角顺层挤压断层，该组断层规模较大，对左岸趾板边坡影响较大；NE向断层规模较小，对左岸影响也小。

2　对主要结构面的认识

F2断层为出露于河谷左岸的一组NW向低序次的缓倾角断层，它是一组与岩层面产状走向近一致的扭性结构面。地表出露长度约100m，上游为F9一组NW向陡倾角断层截断，下游延伸至河床。

F9断层，断面有厚3cm绿色糜棱岩，下盘岩体相对较完整，其上盘岩体已沿F9产生过滑动，断层带有5m厚的滑坡破碎带，呈散体结构。

现在对不稳定体叙述如下：靠岸里发育一倾坡外的F9断层，其构成了不稳定岩体后缘及南侧切割面，与F2底滑面组合构成了左岸不稳定体。

3　不稳定体稳定分析

以节理裂隙面产状、发育情况及其可能的不利组合做为稳定分区原则，以745m高程上下和F2断层上、下盘为界做以下稳定分区。

（1）稳定性差的Ⅰ区

①范围：F2断层面以下至趾板线范围。

②岩性：凝灰岩、凝灰质砂岩及粉砂岩，岩体呈镶嵌碎裂结构。

③出露断层：倾坡外的一组缓倾角断层F2

④变形方式：F2这组缓倾坡外断层，是岩质边坡稳定性最差的，极大可能被顺层挤压断层以及层面切割，产生拉裂及滑塌变形。

（2）稳定性极差的Ⅱ区

①范围：自745m高程平台至F2断层的上盘岩体。

②岩性：凝灰岩和粉砂岩，呈碎裂镶嵌结构。

③出露断层：主要为一组走向NNW倾向岸里的中等倾角断层。

④变形方式：主要可产生拉裂变形，该区发育NNW倾坡内中等倾角断层的分布，在平硐中遇到该组断层就产生塌方，带内物质松散无胶结，使Ⅱ区岩体呈现“软弱相间”状态，该组断层极易与F2组合产生塌滑。

（3）基本稳定区Ⅲ区

①范围：745m高程平面以上部分，地形相对高差50～60m。

②出露凝灰质砂岩、粉砂岩和少量厚层块状凝灰岩。

③据地表测绘，仅出露少量倾坡内的断层。

④该区已到不稳定体边缘，倾坡内断层无崩塌可能，只能是风化卸荷影响，产生小的局部变形，对趾板无任何影响。

4　不稳定体稳定计算

按平行断面法计算不稳定体总体积11万m3，岩体天然容重取27KN/m3，则岩体自重W＝2.97×106KN。

①基本荷载作用下由刚体极限平衡原理计算边坡安全系数

（其中天然状态下取C=59KPa，φ=25°）：

②特殊荷载作用下由刚体极限平衡原理计算边坡安全系数：

其中Fi为水平向地震惯性力，其计算公式：

由计算可以看出，不考虑水的作用和地震惯性力作用时，在基本荷载作用下Fs=1.25；在考虑地震影响时Fs=1.05，不稳定体处于临界稳定状态，均不能满足岩质边坡安全系数1.3～1.25的要求，需及时处理。

5　不稳定体处理意见

（1）稳定性差的Ⅰ区（F2断层面以下至趾板线范围）

该区发育F2缓倾坡外断层，且处于库水位以下，是岩质边坡稳定性最差的，极大可能被顺层挤压断层以及层面切割，产生拉裂及滑塌变形。但F2断层下盘岩体结构面相对较少，节理面闭合，平直，岩体完整性相对较好，对该区的处理建议以锚固处理措施为主，并做好不稳定体表面的排水以及布置边坡变形观测系统。

（2）稳定性极差的Ⅱ区（自745m高程平台至F2断层的上盘岩体）

据分析F2断层上盘岩体有可能沿一些后缘切割面产生局部滑塌。且745m平台到趾板线距离为50m，相对高差较大，因此根据不稳定体的规模及稳定现状，建议对高程745m以下至F2底滑面岩体应继续清除处理，在清除过程中，注意爆破控制，以防已滑动的破碎岩体，在爆破过程中进一步破坏。并对面板进行封盖处理，以防开挖过程中不稳定体危及面板安全，并对开挖坡面及时喷锚处理，在开挖坡面上设置马道。

（3）基本稳定区Ⅲ区（745m高程平面以上部分）

该区主要断层极少，未形成不利组合，该区已到不稳定体边缘，倾坡内断层，无大的崩塌可能，但该段岩坡长时间暴露在外，风化强烈，依然存在一些小的不稳定体，目前处于稳定状态，该区对水工建筑物影响不大，但Ⅱ区处理后，此处可能会产生滑塌，建议在处理Ⅱ区前将该处削坡处理，并对边坡做一些喷锚支护。