水电工程环境边坡危岩体危害程度确定方法研究

胡金山，闵勇章，刘永波，曹建平，马德林

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 地质处，成都 610072)



水电工程环境边坡危岩体危害程度确定方法研究

胡金山，闵勇章，刘永波，曹建平，马德林

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 地质处，成都 610072)

危岩体危害程度是指度量致灾体的活动程度、活动特征、地理分布及其对受灾体的影响程度。它不仅与危岩体稳定性有关，还与其危害对象、离危害对象高度、危岩体规模有关，其它情况相同下，规模越大、高度越高其危害越大，即危害程度级别越高。通过对已建及在建水电工程环境边坡危岩体系统研究，建立一套危岩体稳定性评价、危害程度分级体系，根据危害程度分级提出危岩体防治措施一般选取原则。首先根据水电工程环境边坡危岩体所影响水工建筑物级别、部位、人员密集活动程度对危害对象进行分级，然后根据危岩体自身的稳定性、规模及其离危害对象的高度建立危岩体危害程度分级方法，提出危岩体防治措施一般选取原则。将该方法应用于成都勘测设计研究院承建的大多数水电工程环境边坡危岩体评价及处理，取得了较好的效果。

环境边坡；危岩体；危害对象；危害程度；防治措施

1 研究背景

水电工程环境边坡是指位于工程边坡开口线之外的，一级谷肩以下，一旦失稳可能会对工程或工程区人员构成威胁的斜坡，它是自然边坡的一部分[1]。在自然条件及人类工程活动等作用下，在工程边坡范围之外可能发生落石、崩塌、滑坡等地质灾害，进而造成人员伤亡和财产损失。

如何衡量水电工程环境边坡可能造成的损害，评价其危害程度，进而采取针对性处理措施一直是水电工程的难点问题。随着大型水电站的相继开工建设，工程开口线外的环境边坡安全问题日益突出，因此有必要建立一套科学的评价体系来评价危岩体的稳定性及危害程度。

危岩体危害程度是指度量致灾体(危岩体)的活动程度、活动特征、地理分布及其对受灾体的影响程度。它不仅与危岩体稳定性有关，还与其危害对象、离危害对象高度、危岩体规模有关。在其它情况相同下，规模越大、高度越高，其危害越大，即危害程度级别越高，相应地其防治措施也越强。

目前有一些条例从地质灾害角度阐述了危害程度，如《地质灾害防治条例》根据损失金额或伤亡人数对地质灾害分成4个等级，分别为特大型、大型、中型、小型。实际工程中由于环境边坡危害造成的损失金额和伤亡人数往往不易量化，不便于操作。只能利用它的一般原则，并通过水电工程实际加以细化。

本文首先根据水电工程环境边坡危岩体所影响水工建筑物级别、部位、人员密集活动程度对危害对象进行分级，然后系统论述危岩体稳定性评价；根据危岩体自身的稳定性、规模及其离危害对象的高度提出危岩体危害程度分级方法；根据危害程度分级提出危岩体防治措施一般选取原则。将该方法应用于成都勘测设计研究院承建的大多数水电工程环境边坡危岩体评价及处理，取得了较好的效果。

2 危害对象分级

危害对象分级根据水工建筑物重要程度及人员工程活动情况按表1划分。参考《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353—2006)[2]、《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》[3](DL/T5337—2006)，根据水工建筑物重要程度，将水工建筑物分为关键部位及非关键部位区别对待。水工建筑物级别按《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL 5180—2003)[4]确定。

一般来说，相同条件下，水工建筑物级别越高，危害程度越高。同一建筑物级别下，环境边坡危岩体对关键部位危害程度大于非关键部位。同时人员密集部位相应的危害程度要高(根据实践积累的工程经验，一般选取同一时间内聚集人数超过50人的工程区域为人员密集工程活动区，如施工及业主营地、土石坝心墙、砼坝体基坑施工区)。

表1 危岩体危害对象分级定性描述

注：对仅影响施工期安全的危岩体其危害对象可直接划为3级，危害对象为人员密集居住区除外。

3 危岩体稳定性分析方法

危岩体稳定性分析方法可分为定性分析、定量分析以及半定量快速分析。危岩体稳定分析以定性分析为主，对每一个危岩体进行定量分析也是不现实的，特别是中小危岩体。因此应根据危岩体大小采取不同方法：中、小型危岩体以定性分析评价为主，大型、特大型危岩体采取定性与定量结合的方法进行分析和评价。

危岩体定性分析方法是指可根据地形地貌、结构面及其组合特征、岩体结构特征等定性分析危岩体稳定性。一般来说，相同条件下，坡度越缓，危岩体稳定性越好。根据双江口、猴子岩、长河坝、黄金坪、两河口、锦屏一级等电站共261个分区统计资料(图1，表2)，当总体坡度<30°时基本无危岩体分布(仅有1个分区)，此时危岩体处于基本稳定状态；一般块碎石自然休止角为37°左右，因此当自然坡度30°～37°时，总体稳定性相对较好一点，其危岩体发育自然要少，经统计仅占总数的5%(见图1)，以稳定性较差为主，部分稳定性差，个别极差；坡度为37°～45°时，占危岩体分布总数的17%，危岩体稳定性主要受结构面特性控制，一般稳定性差，少量稳定性极差，个别稳定性较差；坡度>45°时，危岩体分布最广泛，占统计总数的78%，其稳定性受结构面及其组合控制。

图1 不同坡度危岩体分布Fig.1 Pie chart of slope of potentially hazardous rock mass

当结构面存在不利组合，存在顺坡结构面或2组结构面交线顺坡、倾角小于坡角且大于结构面縻擦角[5]，结构面连通，则称结构面不利组合完备，稳定性极差；当存在不利结构面组合，但未完全贯通时，则稳定性差；当不存在不利结构面组合时，则稳定性较差，甚至基本稳定。同样地，坡体表面特征和植被发育对危岩体稳定性也有一定影响，坡表面越粗糙，植被越发育，则危岩体稳定性越好。定性分析成果见表3。定性分析多依赖于地质工作人员的宏观判断，经验成份较重。

为了客观、快速地评价危岩体稳定性，通过研究还提供了一种半定量危岩体稳定性快速评价体系，参照边坡RMR[3]分类法，考虑边坡岩体岩石单轴抗压强度、危岩体结构面特征、危岩体坡度、危岩体结构不利组合状况、地下水文状况、植被发育在内的各项评价要素，按照表4并进行赋值，最后累计分数：0～25分，判断为稳定性极差；25～40分，稳定性差；40～65分，稳定性较差。该法对坡面上孤石不适用，孤石主要根据地形坡度、植被发育情况、孤石埋置于覆盖层情况定性分析。为了验证半定量方法效果，将危岩体区宏观判断稳定性与半定量快速评价体系进行对比，结果见表5，证明该法与定性宏观判断基本吻合，吻合度接近90%，效果较好。

当然，危岩体定量分析方法还包括极限平衡法，包括适用于碎裂型危岩体的圆弧型滑动分析法、适用于滑塌式危岩体的平面滑动分析法、楔形体滑动分析法和折线型滑面滑动分析法、适用于倾倒式危岩体的倾倒破坏分析法和坠落式危岩体分析方法等，这些分析方法往往在大型、特大型危岩体稳定性评价中才采用。

4 危岩体危害性确定

确定危岩体危害性除了考虑危岩体稳定性、危岩体危害对象外，危岩体自身属性如规模、离危害对象高度以及坡体表面特征及植被发育特征等因素也影响危岩体危害性确定。

表2 危岩体工程实例统计

表3 危岩体稳定性评价定性分析

注：可根据坡体表面特征和植被发育情况，对危岩体稳定性进行适当调整。

表4 危岩体稳定性影响因素快速评分值

表5 危岩体稳定性半定量与定性分析评价对比

危岩体规模划分种类有很多，比较符合水电工程实际的为《水电工程地质观测规程》(送审稿)中危岩体分类，见表6。

表6 危岩体规模分类

结合我国水电工程实践经验，根据上述各影响因素，建立危岩体危害性评价标准，见表7,以便指导水电工程实践。将危害体危害程度分为3级，其中危害程度Ⅰ级为危害程度最高级，依次为危害程度Ⅱ级、危害程度Ⅲ级。

表7 危岩体危害程度分级

注：根据坡表面特征、植被发育情况对危害程度分级可适当调整。

5 危岩体防治及工程实例

针对危岩体的危害程度，进行与之相适应的防护，从而有针对性地对危害对象进行有效的保护。危害程度为Ⅰ级的危岩体危害程度高，宜采用整体清除、避让或整体支护等措施；危害程度为Ⅱ级的危岩体宜采用局部清除或局部支护或主动网防护等措施；危害程度为Ⅲ级的危岩体宜采用被动防护措施，稳定性极差时宜清除或锚固。

本论文研究成果在成都勘测设计研究院承建的大多数水电工程环境边坡治理中得到了应用，取得了较好的效果。如长河坝水电站坝体环境边坡发育一危岩体，分布高程1 800～1 750 m，位于下游坝壳料堆石区，总方量约5万m3，属特大型危岩体。地形为一山脊，三面临空，前缘为基岩陡壁，高度约20 m，受顺坡陡倾裂隙影响，局部倾倒变形。受坡陡、结构面不利组合较完备的影响，总体稳定性差，在爆破震动、强降雨、地震等外力作用下易产生较大崩塌，危及大坝填筑安全。地质建议清除或表部清坡后采用主动网防护及锚固处理措施。

根据上述情况，按本文研究成果对误危岩体进行危害程度分级。该危岩体危害对象为大坝，为1级水工建筑物，但它非大坝心墙部位，故其危害对象为1级水工建筑物非关键部位，故定义为2级。由于它仅影响施工期安全，失稳后对大坝运行无影响，因此最终危害对象级别仅为3级。其稳定性差、属特大型危岩体、离危害对象>30 m，按表5划分危害程度级别为Ⅱ级，危害程度中等，最终采取主动防护网和局部锚固处理措施。

6 结 语

(1) 基于大量已有水电站环境边坡危岩体评价及防治工程经验，系统地研究了危岩体稳定性、危岩体危害性及其确定方法，根据危害性提出了危岩体防治原则，对今后环境边坡勘察、设计与施工具有指导意义。

(2) 对危岩体稳定性着重论述定性及半定量评价方法，通过经验总结提出了一套评价方法，并经过实践检验，有一定指导意义。对定量评价方法本文论述较少，特别是定量评价标准目前仍有不同观点，今后在这方面要继续研究。

(3) 开创性地提出危岩体危害性确定方法，克服以往单纯地评价危岩体稳定性的不足。如果危岩体无危害对象，不管其稳定性有多差，仍确定其无危害性，从而不需采取治理措施。这样可以缩短危岩体处理范围及区别进行危岩体防治，从而在确保工程安全情况下节约工程投资及工期。

(4) 基于危害程度提出了危岩体防治原则，今后可以对防治标准进行研究及总结，以便为建立危岩体勘察及防治技术规程或规范奠定基础。

[1] 张世殊，徐光黎，宋胜武，等. 水电工程环境边坡概念及其工程地质分类[J].水力发电，2012，38(8)：17-21.

[2] DL/T 5353—2006, 水电水利工程边坡设计规范[S].北京：中国电力出版社，2006.

[3] DL/T 5337—2006,水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程[S]. 北京：中国电力出版社,2006.

[4] DL5180—2003,水电枢纽工程等级划分及设计安全标准[S]. 北京：中国电力出版社,2003.

[5] 张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理(第二版)[M].北京：地质出版社，1994.[6] 蒋爵光.用赤平投影进行节理岩体稳定性分析的方法[J].西南交通大学学报，1985，(2)：37-44.

(编辑：曾小汉)Classification of Hazard Level for Potentially Hazardous Rock Mass inSurrounding Slope of Hydroelectric Projects

HU Jin-shan，MING Yong-zhong，LIU Yong-bo，CAO Jian-ping，MA De-lin

(Geology Department, PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited, Chengdu 610072,China)

Hazard level of potentially hazardous rock mass(PHRM) is referred to as activity, characteristics, geographic distribution and their effect on objects suffered hazards. It is relevant not only to the stability of PHRM，but also to object, height above object and size of PHRM. Under given other factors, with the increase of size and height, the hazard level increases. Through studying surrounding slope of hydroelectric projects finished or proposed, we establish a classification system for evaluating the stability and risk level of PHRM. On the basis of the system, we present the suitable prevention measures: firstly, risk level of object influenced by PHRM is classified according to level and position of hydraulic structures in association with density of surrounding people; then, we classify hazard levels of PHRM in view of the stability and size of PHRM and height above object. This method is applied to evaluation and treatment of PHRM in the surrounding slope of most hydroelectric projects of our corporation, and results show that it is effective.

surrounding slope; potentially hazardous rock mass; object suffered hazard; hazard level; prevention measures

2014-08-08;

2014-10-12

胡金山(1973 -)，男，江西余干人，教授级高级工程师，注册岩土工程师，主要从事水电水利工程地质及岩土工程工作，(电话)028-87399055(电子信箱)188770054@qq.com。

10.11988/ckyyb.20140683

2016,33(01):72-76，82

TU457

A

1001-5485(2016)01-0072-05