某水电站坝基缓倾角裂隙抗滑稳定概化模式

张丙先，曹道宁

（长江岩土工程总公司（武汉），武汉430010）

重力坝坝基抗滑稳定是一个普遍而又重大的技术问题，缓倾结构面往往是构成重力坝坝基抗滑稳定问题的重要条件，这里所指的缓倾结构面既包括软弱结构面，也包括硬性结构面［1］。在关于坝基抗滑稳定问题的相关工程实例报道中，绝大多数缓倾结构面为软弱夹层、层间剪切带、断层等软弱结构面［1-6］，涉及缓倾硬性结构面的工程实例见两例：三峡坝基的长大缓倾角裂隙［7］和藏木水电站坝基缓倾角裂隙［8］。某水电站坝基岩体主要为花岗片麻岩，属坚硬岩，呈块状结构，地质勘察时发现坝基岩体中缓倾角裂隙相对较发育，这些缓倾角裂隙既不是软弱结构面，也没达到三峡坝基中的长大缓倾角裂隙的规模，可供借鉴的经验较少。由于坝址岩体露头很少，查明缓倾角裂隙、分析其对坝基抗滑稳定性的影响成为勘察工作中一个重要任务。经过探索，采用勘探平洞和钻孔电视录像获得的资料，统计分析坝基岩体中缓倾角裂隙的基本特征、分布规律、发育程度、连通率，进而建立坝基抗滑稳定计算概化模式，为坝基抗滑稳定性计算评价提供依据，形成了一套完整的分析缓倾角裂隙对坝基抗滑稳定性影响的技术路线，可供类似工程借鉴。

1 缓倾角裂隙基本特征

1.1 缓倾角裂隙统计范围

坝基及其上下游各100m、 自建基面向下50m深度，共统计68个钻孔电视录像和9条勘探平洞揭示的缓倾角裂隙1317条。

1.2 缓倾角裂隙按走向分组

左岸主要发育NNE～NE，NEE，NWW，NNW 向4组；河床以NNE，NNW，NEE，NE向4组为主；右岸主要发育NNE，NWW，NW，NEE向4组，其中各部位走向NEE，NWW组缓倾角裂隙走向与坝轴线夹角≤30°。

1.3 缓倾角裂隙按倾角分类

倾角0°～10°占统计总数的8%；倾角10°～20°占统计总数的36%；倾角20°～30°占统计总数56%。

勘探平洞揭示的缓倾角裂隙迹长一般小于4m，以迹长1.0～3.0m居多。缓倾角裂隙面以平直粗糙为主，起伏粗糙次之。缓倾角裂隙多闭合，少量裂隙宽1～5mm，裂隙面附铁锰质、钙质薄膜或无充填，属硬性结构面。坝基岩体缓倾角裂隙的典型照片如图1。

图1 坝基岩体缓倾角裂隙典型照片

2 缓倾角裂隙分布规律及发育程度

勘探平洞及钻孔电视录像资料显示，岩体中缓倾角裂隙呈随机分布，发育程度不均匀。勘探平洞中缓倾角裂隙统计分析，水平线密度为0.05～0.18条/m。钻孔中缓倾角裂隙统计分析，竖直线密度平均值其左岸0.20条/m，右岸0.22条/m，河床溢流坝段0.53条/m。对于缓倾角裂隙，竖直方向的钻孔揭示的线密度较符合实际情况。

本次以钻孔中缓倾角裂隙竖直线密度作为缓倾角裂隙发育程度分区的指标［7］，对坝基建基面以下50m深度范围缓倾角裂隙的发育程度进行分区，分区界限值分别取0.2，0.4条/m，即竖直线密度≥0.4条/m为缓倾角裂隙相对发育区，0.2条/m≤竖直线密度＜0.4条/m为缓倾角裂隙次发育区、 竖直线密度＜0.2条/m为缓倾角裂隙不发育区，如图2。

图2 坝基岩体缓倾角裂隙发育程度分区

由图2可知，缓倾角裂隙：河床相对发育，右岸次发育，左岸不发育。

3 缓倾角裂隙连通率

3.1 实测剖面投影法

根据平洞实测地质资料，采用剖面投影法对勘探平洞揭示的缓倾角裂隙连通率进行测量［7］，投影距分别采用0.25m（基线两侧各0.25m）和0.50m（基线两侧各0.50m），将投影距范围内所有实测缓倾角裂隙向测量基线上投影进行连通率计算。计算结果为0.25m投影距时，缓倾角裂隙连通率左岸10.4%～13.7%，右岸12.8%～17.7%；计算结果为0.50m投影距时，缓倾角裂隙连通率：左岸19.5%～24.8%，右岸20.4%～26.3%。

3.2 网络模拟法

首先采用Monte-Carlo模拟技术生成缓倾角裂隙网络，然后根据网络模拟成果计算缓倾角裂隙的连通率。计算结果为0.25m投影距时，缓倾角裂隙连通率：左岸9.9%，河床18.9%，右岸15.8%；计算结果为0.5m投影距时，缓倾角裂隙连通率：左岸21.5%，河床27.1%，右岸25.4%。

4 坝基抗滑稳定计算概化模式

4.1 缓倾角裂隙抗滑稳定计算模式

坝基缓倾角裂隙呈随机分布，将走向与坝轴线夹角≤30°的缓倾角裂隙视为坝基岩体抗滑稳定优势结构面。按最不利原则，坝基缓倾角裂隙抗滑稳定计算基本模式可概化为双滑面型和单滑面型两种（如图3）。

图3 坝基缓倾角裂隙抗滑稳定基本模式

4.1.1 双滑面型

坝基岩体分别发育倾向下游和倾向上游的两组优势结构面，上游自坝踵开始，追踪贯穿倾向下游的优势结构面至坝趾，与倾向上游的优势结构面形成滑动面。

4.1.2 单滑面型

坝基岩体发育倾向上游的优势结构面，倾向下游的优势结构面不发育，沿坝踵附近大致平行坝轴线的陡倾角结构面拉开，追踪贯穿倾向上游的优势结构面于坝趾不远处滑（剪）出。

建模过程： ①对各个坝段勘探平洞和钻孔电视录像揭示的缓倾角裂隙进行统计，分析优势结构面所占的比例，确定属于双滑面型、单滑面型或两种模式均可能发生； ②对各个坝段的优势结构面进行统计，得出优势结构面的代表性产状作为抗滑稳定计算模式的滑动面的产状； ③滑动面中缓倾角裂隙按连通率考虑，其余为岩桥。

典型坝段坝基缓倾角裂隙统计如表1。缓倾角裂隙连通率建议值取相应坝段或邻近坝段计算成果最大值：其左岸坝段取24.8，河床坝段取27.1%，右岸坝段取26.3%。工程上，在岩体缓倾角结构面连通率取值时通常取所有缓倾角裂隙连通率的值，得到的深层抗滑稳定模式是偏于安全的。

表1 典型坝段坝基缓倾角裂隙统计

4.2 侧向切割条件分析

4.2.1 区域性断裂（Ⅰ级结构面）

共2条，分布于14～18段坝基，走向5°～25°，总体倾向W，倾角72°～85°，断层软弱构造岩带宽度分别为0～2.0m，1.7～2.8m，主要为碎粉岩、碎粒岩，多表现为泥化物，性状差，构成所在部位坝基滑动的侧向（顺水流方向）切割条件。

4.2.2 断层（Ⅳ级结构面）

走向近南北向（NNE，NNW组）的陡倾角断层与坝轴线近垂直，构成坝基抗滑稳定计算基本模式滑移的侧向（顺水流方向）切割条件。经统计可知，与坝轴线近垂直的陡倾角断层：左岸坝段较发育，右岸坝段不甚发育。

4.2.3 陡倾角裂隙（Ⅴ级结构面）

走向近南北向（NNE，NNW组）的陡倾角裂隙与坝轴线近垂直，亦可构成坝基抗滑稳定计算基本模式滑移的侧向（顺水流方向）切割条件。统计可知，走向与坝轴线（方向283°）近垂直的陡倾角裂隙，两岸坝段均较发育。

4.3 抗滑稳定计算参数

坝基建基岩体主要为微新状花岗片麻岩。根据现场原位剪切试验成果，坝基岩体与缓倾角裂隙的抗剪强度参数建议值： 花岗片麻岩摩擦系数为1.3～1.4，黏聚力1.40～1.60MPa； 缓倾角裂隙摩擦系数0.65～0.75，黏聚力0.20～0.25MPa。

需要说明的是，坝基缓倾角裂隙概化模式是在缓倾软弱结构面不发育、 缓倾角裂隙作为主要滑动面的情况下得出的基本模式，坝基抗滑稳定性需要结合库水压力、坝体自重等荷载进行综合分析。

5 结语

（1）该水电站坝基岩体露头很少，勘察手段采用勘探平洞和钻孔电视录像，统计分析坝基缓倾角裂隙的基本特征、分布规律、发育程度、连通率，作为坝基抗滑稳定性分析和建模的依据。坝基缓倾角裂隙为硬性结构面，迹长一般小于4m，竖直线密度0.20～0.53条/m，0.50m投影距时实测缓倾角裂隙连通率19.5%～27.1%。

（2）缓倾角裂隙的基本特征、发育程度、连通率是影响坝基抗滑稳定的主要内因，同时也应考虑库水压力、坝体自重等荷载的影响。将走向与坝轴线夹角≤30°的缓倾角裂隙视为坝基抗滑稳定的优势结构面，概化为双滑面、单滑面两种基本模式。

（3）建模过程：首先对各个坝段缓倾角裂隙进行统计，分析优势结构面所占的比例，确定属双滑面型、单滑面型或兼有两种模式；然后对各个坝段的优势结构面进行统计，得出优势结构面的代表性产状作为滑动面；滑动面中缓倾角裂隙按连通率考虑，其余为岩桥。

（4）虽然分析成果需要施工阶段的进一步验证，但分析思路和建模过程可作为勘察阶段进行预测分析的技术路线。