将军岩危岩体稳定性研究

樊 敏，郑密密，赵龙辉

（1.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002；2.贵州民族大学，贵阳 550002）

1 工程概况

某拟建水库位于排坡河上，大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程420.0m，最大坝高64.0m，正常蓄水位414.0m，该工程是一座以供水、灌溉为主的综合性中型水利工程。将军岩危岩体位于拟建坝址右岸，稳定性问题相对较为突出，失稳破坏将对拟建水库产生不可估量的后果，因此，本文在现场勘察的基础上，通过极限平衡原理对将军岩危岩体进行稳定性分析，并提出了相应的处理措施。

2 坝址区基本工程地质条件

2.1 地形地貌

坝址河谷为不对称址河型横向河谷，总体发育方向S40河谷，较顺直，河床高程363.1～366.5m，阶地不发育，发育河漫滩。坝址右岸地形较陡50°～82°，左岸地形变化较大，在389～405m高程以下地形坡度45°，以上地形坡度10°～20°。 将军岩位于坝址右岸，整体呈椭圆形，顶部高程476.0m，底部高程380.0m，总方量5520m3。460.0m高程以上将军岩四周临空，460.0m高程以下除北西侧（靠右岸山体）外，皆为悬崖，将军岩顶部高出与北西方山体间的垭口（垭口高程460.0m）16.0m，垭口底部宽6.0m，垭口沿构造裂隙发育而成，460.0m高程上岩柱宽23.0m，长45.0m。

2.2 地层岩性

坝址区出露地层有第四系（Q）和寒武系（∈）地层。

2.2.1 第四系冲洪积堆积层（Qal+pl）

主要分布于河床，根据钻探及物探揭露，为砂卵石层，夹少量块石，分布不均一，结构松散，厚3.5～8.1m。

2.2.2 第四系残坡积堆积层（Qel+dl）

主要分布于坝址两岸缓坡地带，根据钻探及物探揭露，为黄色黏土夹碎石及少量块石，碎石及少量块石含量约10%，成分为白云岩，厚0～5.5m。

2.2.3 寒武系上统追屯组（∈3z）

主要为浅灰、灰白色中厚层白云岩，间夹晶洞状白云岩。

2.3 地质构造及地震

2.3.1 地质构造

坝址区为单斜构造，岩层产状为32°～38°∠15°～25°，研究区发育断层F1。 断层F1为逆断层，呈压性，产状N63层，SE∠653，沿河床右岸边顺河床发育，延伸长度约0.1km，根据钻孔资料揭露，断层角岩垂直厚11.2m，成分为浅灰色白云岩，大部分角砾棱角清楚，少量呈浑圆状，胶结良好，胶结物成分以乳白色白云石和灰白色微带肉红色白云石为主，其次有铁质等，抗风化能力较强。

2.3.2 地震

根据GB18306—2001《中国地震动参数区划图》本区地震动峰值加速度小于0.05g，查《中国地震动反应特征周期区划图》地震动反应谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度小于6°，且无近晚期活动断层分布，无晚近期地震活动，区域构造稳定性好。

2.4 风化卸荷及溶蚀裂隙

2.4.1 风化卸荷

白云岩抗风化能力较强，但隐裂隙较发育，风化作用主要沿裂隙带进行，对危岩体形成和稳定影响较大的为浅表层卸荷带，特别是表层强卸荷带。

2.4.2 溶蚀裂隙

通过地表测绘，主要发育3组裂隙：

（1）128°～132°∠76°～832°，发育间距3～15m，延伸长度42～122m，切割深度5～20m，裂隙面大部分闭合，局部充填白云岩砂及碎石。

（2）20°～29°∠75°～80°，发育间距2～7m，切割深度5～8m，裂隙面多闭合。

（3）40°～50°∠60°～70°，裂隙面多闭合。

分析表明，坡体表层的溶蚀裂隙和岩层层面为危岩体的失稳控制边界。

2.5 岩溶水文地质条件

2.5.1 岩溶

研究区为碳酸盐区，岩溶主要为溶孔、地表溶沟溶槽，未发现较大溶蚀空腔、岩溶洞穴、溶蚀管道等。岩溶发育方向主要受岩性及构造的控制。

2.5.2 水文地质条件

研究区的水文地质特征和地质构造、地层岩性分布与地貌形态等有着密切关系。依据地下水在地层中的富集形式，将地下水分为碳酸盐岩类裂隙溶洞水及松散岩类孔隙水两种类型。

（1）碳酸盐岩类裂隙溶洞水，主要含水地层为寒武系上统追屯组（∈3z），岩性以白云岩为主，富水性强，地下水赋存和运移以溶蚀裂隙、管道及洞穴为主。

（2）松散岩类孔隙水主要赋存于第四系各类松散堆积层中，含水贫乏，枯季一般地下水流量0.05～0.8L/s。

地下水主要接受大气降水补给，大气降水的平均渗入系数0.31，其补给方式多为大气降水通过溶蚀裂隙、洼地、落水洞等岩溶通道汇入地下。

排坡河为研究区范围内等最低地下水的排泄基准面。坝址右岸两垭口布置了ZK18，ZK19钻孔，通过地下水位观测，ZK18孔内地下水位42.3m （高程389.1m），ZK19孔内地下水位47.7m（高程392.4m），其对应水力坡11.8%～33.0%。

3 危岩体稳定性分析

危岩是由多组岩体结构面切割并位于陡崖或陡坡上稳定性较差的岩石块体及其组合，是产生崩塌灾害的初始物质条件[1-2]。据现场勘察，将军岩与北西方山体间的垭口受裂隙切割，切割底部高程450m，因此，将军岩450m高程以上相当于裂隙和岩体层面切割的孤立岩体，岩层产状倾上游偏右岸，倾角较缓，上游为临空面，岩体在裂隙和岩体层面的组合下，可能沿层面发生滑塌式失稳，这种失稳模式为滑塌式危岩失稳模式。

危岩体的稳定性评价方法较多，如块体理论、极限平衡法、数值计算等。本文采用极限平衡原理计算危岩体的稳定性[3]。

3.1 计算工况

危岩体的稳定性计算，需要考虑降雨、地震等因素。

（1）工况1：自重+孔隙水压力（天然）。

（2）工况2：自重+孔隙水压力（暴雨）。

（3）工况3：自重+孔隙水压力（天然）+地震力。

研究区地震基本烈度小于6°，且无近晚期活动断层分布，无晚近期地震活动，区域构造稳定性好，本工程不考虑工况3。

计算中只考虑静水压力。天然状态取1/3孔隙水柱高，暴雨期间取2/3孔隙水柱高。

3.2 计算方法

（1）工况1

孔隙水压力按式（1）计算：

稳定性系数为：

（2）工况2

孔隙水压力按公式（2）：

稳定性系数为：

式中 W为单位长度危岩体重力 （kN）；H为危岩体高度（m）；β 为破裂面倾角（°）；c，φ 分别为破裂面的等效黏聚力（kPa）和内摩察角（°）；e为孔隙深度（m）；Q为孔隙中静水压力（kN）；γw为水的重度（kN/m3）。

3.3 计算结果

将军岩稳定性计算参数如表1，危岩稳定性评价标准如表2。

表1 将军岩稳定性计算参数

表2 危岩稳定性评价标准

通过计算，工况1稳定性系数为1.28，工况2稳定性系数为1.25，参照表2危岩稳定性评价标准，将军岩上部岩体（450m高程以上）处于基本稳定状态。因此，将军岩上部岩体（450m高程以上）对大坝的安全运行存在威胁，需采取一定的工程措施。

4 处理措施

将军岩顶部高出与北西方山体间的垭口高程460.0m（裂隙切割至450m高程），垭口宽5.6m，岩层倾向山内，为缓倾角逆向坡，但东北侧为视顺向坡，裂隙和岩层层面的组合，通过分析采取如下措施。

4.1 450m高程以上危岩体

将军岩在450m高程以上为基本稳定的危岩体，为了大坝安全，建议对450m高程以上的危岩体作清除处理，危岩体分两级开挖，一级开挖至高程456m，开挖后平台宽9.5m，开挖坡比1∶0.25，另一级开挖至高程450m，开挖后平台宽16m，清除岩体部分可用于建坝砂石料的原材料，开挖方量1.8万m3。

4.2 450m高程以下危岩体

将军岩在450m高程以下基础与山体为整体结构，整体稳定性较好。

5 结语

（1）危岩体一般位于高陡边坡的浅表部，风化卸荷严重，规模小而形体不规则[4]。对于危岩体深部主控裂隙面的贯通性、张闭情况、填充情况、含水及渗水性能难于准确量化，尚有大量工作需要研究[5]。

（2）通过现场勘察，分析了坝址右岸将军岩危岩体的地质发育特征，对其危岩体类型及失稳模式进行分析判断，根据计算结果，对将军岩危岩体提出了处理措施，为同类工程提供些许参考。