基于CSMR法对辽宁蒲石河抽水蓄能电站右岸坝肩边坡的稳定性评价
2018-06-28柴贝贝牟静涛
柴贝贝，牟静涛
（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）
1 右岸坝肩边坡基本概况
辽宁蒲石河抽水蓄能电站水库区位于鸭绿江右岸一级支流蒲石河下游的小孤山村王家街，隶属于丹东市宽甸满族自治县长甸镇。坝址区岩体为块状坚硬变质岩，根据岩体结构面特征等，按风化程度可将坝肩边坡岩体划分为：强风化、弱风化、微风化和新鲜四种。据施工开挖揭露地质条件，两岸岸坡岩石风化较深，右岸岸坡强风化下限埋深3～6m，弱风化下限埋深10～23m，微风化下限埋深14～40m。大坝右岸地下水埋深受卸荷影响，埋深较深，为12～30m。
2 边坡结构面特征
2.1 结构面成因类型
蒲石河抽水蓄能电站下库右岸坝肩边坡不仅发育有以火成岩结构面为主的原生结构面，还发育有构造结构面和次生结构面。三者相互交切，发育程度各不相同，形成了边坡比较复杂的岩体结构。坡内发育的较大构造结构面(如F216、f29、f30、f65断层、J5卸荷带等)，对右岸坝肩变形稳定起着一定作用。
(1) 原生结构面。
右岸坝肩边坡中的原生结构面不发育，其类型主要是岩浆岩侵入冷凝过程中收缩而形成的原生节理面，即在右岸边坡中零星所见的几处闪长玢岩岩脉，宽度均＜20cm，脉体内节理不发育，脉体岩石较完整，延伸短，与围岩呈裂隙接触，扭曲状出露。
(2) 构造结构面。
右岸坝肩边坡中的构造结构面较发育，其主要类型为在地质构造作用下岩体内产生的断层和节理面。边坡内主要见有F216、f29、f30、f65四条断层分布，F216断层宽度30～40cm，其余断层宽度均＜20cm。
(3) 次生结构面。
右岸坝肩边坡中次生结构面较发育，主要是在卸荷风化作用下所形成的风化裂隙及卸荷裂隙带。由于右岸边坡地形较陡，多为40～45°，右岸边坡岩石在重力卸荷作用下，岩体受侧向张拉变位，节理多呈张开状态，部分岩体多已松动，右岸坝肩边坡发育有卸荷J5面。
2.2 结构面工程地质分级
根据野外调查资料(见表1)，其中水文地质现象为干燥。将右岸坝肩边坡结构面按工程规模划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四级(见表2)，结构面主要为Ⅲ、Ⅳ级，对边坡局部稳定性有影响。
3 岩体质量分级
本文根据GB50287-99《水利水电工程地质规范》，并结合坝址区岩体工程地质特征、岩体完整性指标、岩石强度、结构面性状以及地下水条件等，将工程区划分为为Ⅱ、Ⅲ级，采用CSMR法对边坡岩体进行定量打分分级，最后得出较为客观的边坡岩体分类，其中采用CSMR法分级时，根据前人的研究，对一些参数进行了修正。
3.1 岩体质量定性分级
结合野外地质调查，针对坝肩边坡的地质特性，对边坡岩体质量进行定性分级。选用风化、卸荷和岩体结构三大因素，并考虑优势结构面、地下水状况以及结构面性状，将坝区岩体划分为Ⅱ、Ⅲ两级，具体的分级标准见表3。
表1 右岸坝肩边坡野外测量裂隙记录
表2 右岸坝肩边坡结构面按规模分级
表3 右岸坝肩边坡岩体质量定性分级
3.2 岩体质量定量分级
3.2.1 CSMR法简介
1997年，中国水利水电边坡工程小组在RMR法基础上引入高度修正系数和结构面修正系数提出了CSMR法。其具体表达方式如下：
式中：RMR是比尼威斯基提出的岩体质量得分，其取值得分见表4。
式中：ξ为高度修正系数，ξ=0.57+0.43×(Hr/H)，倾倒边坡时，ξ=1；H为边坡高度；Hr=80m；λ为结构面系数，取值见表5。
式中：F1为边坡中不连续面倾向于边坡间关系调整值；F2为不连续面倾角大小调整；F3为不连续面与坡面倾角间关系调整；F1、F2、F3的取值见表6；F4为通过工程实践经验获得的边坡开挖方法调整参数，取值见表7。
根据边坡工程地质条件，确定各参数的权值，加起来后就是RMR值。RMR值最高为100，最低为0，以20分为一级，将岩体划分为5级，见表8。
将RMR值与F1、F2、F3和F4带入公式即可得CSMR值。其最大值为100，最小值为0，以20分为间隔，划分为5个级别，见表9。
表4 边坡岩体质量RMR分类因素及评分标准
表5 结构条件系数λ细化调整
表6 不连续面产状调整值
表7 边坡开挖方法调整值
表8 RMR岩体质量分级
表9 CSMR分级描述
3.2.2 质量分级计算参数选取
在进行岩体质量分级选取的各项参数时，主要考虑以下几方面：
(1) 通过现场取样及室内物理力学试验，最终获取岩石强度。
(2) 以平硐实验数据为准对RQD进行取值，当某一段岩体中有多个RQD值时，选取其平均值。
(3) 结合野外实测的裂隙间距，综合得出其取值范围。
(4) 结构面条件参数的合理取值是一项比较复杂的工作，主要是根据对平硐裂隙统计及描述，并结合平硐风化、卸荷情况进行取值。
(5) 对于同一段中存在多组优势裂隙，计算中首先针对不同组优势裂隙求出多个CSMR值，然后选取最小的CSMR值作为最终分级结果。
3.2.3 分类过程及结果
首先根据研究区的风化卸荷与岩体结构特征，沿平硐轴线分成若干段，同一区段岩石类型、强度、不连续面发育特征以及RQD等大致相同。
通过现场勘察以及室内试验获取CSMR分类所需要的参数值，按照表9进行右岸坝肩边坡岩体质量分级，再结合野外的定性分级、RMR法和CSMR法，遵循以下原则，综合得出岩体质量分级结果。
(1) 当三种分级结果一样时，以这一结果为准。
(2) 当三种分级结果中只有两种分级结果一致时，以这两种分级结果为准。
(3) 当三种分级结果都不相同时，应根据野外地质特征，重新进行描述，综合确定结果。
采用上述方法，对坝肩边坡岩体质量进行分级所得结果见表10。
表10 右岸坝肩边坡岩体质量分级结果
4 结论与建议
根据综合分级结果，统计的右岸坝肩边坡岩体质量分级见表11。综合全文得出如下结论：
表11 右岸坝肩边坡岩体质量分级
(1) 辽宁蒲石河抽水蓄能电站坝址区右岸坝肩边坡岩体质量等级以Ⅱ级为主，Ⅱ级岩体所占比例为71%。这说明坝肩边坡岩体的整体稳定性较好，大部分处于稳定状态。
(2) Ⅲ级岩体一般分布在边坡浅表部位，约在平洞口至硐深10m范围内。
(3) 由表10可知，Ⅱ级边坡岩体处于稳定状态，Ⅲ级岩体则属于局部稳定状态。由此可知：右岸坝肩边坡的整体稳定性较好，与野外的调查分析结果一致。
(4) 在平硐内，边坡岩体质量随着硐深的加深逐渐变好，表明边坡稳定程度逐渐提高。
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