金沙江上游某特大型危岩体失稳模式分区与稳定性评价

2022-03-12刘冲平柳景华张焕强杨志川

资源环境与工程 2022年1期

刘冲平，钟华，柳景华，张焕强，杨志川

(长江三峡勘测研究院有限公司(武汉),湖北武汉 430074)

西南地区水电工程环境复杂，存在一些自然边坡特大型危岩体，其稳定性对水电工程坝址区的工程布置、施工及安全等影响重大，因此评价其稳定性十分必要。特大型危岩体因其范围与方量巨大，各部位边界条件与失稳模式等不同，评价方法存在差异，稳定性亦不能一概而论。因此，对于特大型危岩体，宜按潜在失稳模式进行分区，并相应地进行稳定性评价和有针对性地进行工程处理[1]。李会中等[2]研究了早谷田危岩体发育特征及变形发展机理，为危岩体失稳模式分析、稳定性评价提供了依据；李钊等[3]对某滑移式危岩体进行了稳定性分析和治理方案研究；王恒等[4]研究了三峡库区黄岩窝危岩体的劣化特征，提出其具有溃曲滑移式、倾倒式和坠落式3种基本变形破坏模式；李丽华等[5]进行了某危岩体崩塌成因机制与稳定性评价；王敬勇等[6]研究了雅鲁藏布江街需水电站巨型危岩体赋存边界、连通状态、等效参数，采用定性和定量方法综合确定了危岩体整体和局部稳定性、失稳方式。

特大型危岩体具有范围规模巨大、边界条件复杂、失稳模式多样、稳定性评价困难等特点，本文针对该类危岩体，根据边界条件的差异进行失稳模式分区研究，有针对性地开展稳定性评价，并对各分区提出相应的工程处理措施建议，以达到综合治理目的，对同类特大型危岩体治理具有借鉴意义。

1 基本地质特征

该特大型危岩体位于金沙江上游旭龙水电站坝址区[7]，分布高程为2 150～2 550 m，方量为145×104m3，坡度一般为50°～65°(局部近直立)，以山脊形态凸出于金沙江左岸坡表(图1)。岩体岩性主要为灰黑色斜长角闪(片)岩，片理面产状250°～270°∠55°～75°，岩质坚硬，片理较发育，胶结较紧密，呈次块状结构，发育4条断层或裂隙性断层，一组为横河向陡倾裂隙，一组为顺河向陡倾裂隙。强卸荷水平深度一般为35～45 m，卸荷裂隙发育，一般张开1～2 mm，部分张开10～20 cm，充填岩屑、岩块；弱卸荷水平深度为15～25 m，裂隙张开1～2 mm，局部附钙膜。

2 成因机制分析

金沙江河谷深切，一级岸坡分布高程为2 150～2 400 m，平均坡度为50°～70°；二级岸坡分布高程在2 400 m以上，平均坡度为35°～50°。危岩体下游侧岸坡受到近顺坡向中陡倾的斜长角闪(片)岩片理影响，在经历外部风化、卸荷[8]等表生作用改造后，形成凹面坡地形。危岩体上游侧岸坡受到横河向的F1断层影响，形成深切冲沟。因此，危岩体呈三面临空的山脊形态凸出于金沙江左岸坡表。

图1 危岩体实景图(正面、侧面视角)Fig.1 Actual scene of dangerous rock mass(front and side view)

该危岩体2 400 m高程以下发育顺坡向和横河向两组长大裂隙，部分裂隙延伸长达250 m以上，普遍张开、拉裂，部分顺坡向裂隙拉裂宽度达20 cm。边坡受两组长大裂隙纵横切割影响，易松动崩落。高程2 400 m以上三面临空，发育不同规模的潜在不稳定危岩体，边坡岩体结构松弛，变形破坏现象明显。

由于危岩体三面临空，其地形条件为岩体提供了良好的卸荷松弛变形条件[3]。经卸荷作用，形成大量沿原生结构面和构造结构面两个优势方位发展的长大卸荷裂隙，并强烈切割危岩体。坡表松动岩体在自重作用下多沿卸荷裂隙逐渐解体，呈倾倒、滑移变形破坏，并不断向深部发展。部分长大卸荷裂隙切割岩体较深，且连通性好(如Tf116、Tf50)，构成变形破坏边界(图2)。

3 失稳模式分区

按危岩体破坏失稳模式、形态特征、结构面发育特征不同，将其划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区三个区域，其中Ⅱ区可进一步划分为Ⅱ-1区和Ⅱ-2区(图2)。各分区特征见表1，代表性剖面见图3。

3.1 Ⅰ区

Ⅰ区分布于危岩体上部(图4)，分布高程为2 360～2 550 m，三面临空，临江段坡度为45°左右，上、下游侧面形成陡崖。岩体呈碎裂—层状结构，岩体质量差。强卸荷水平深度为40～50 m，坡表可见顺坡向中、陡倾裂隙发育。受岩体风化、卸荷作用，坡表遍布大小不等的松动危岩体，浅表部稳定性差。

图2 危岩体工程地质分区图Fig.2 Engineering geological zoning map of dangerous rock mass

图3 危岩体代表性剖面图Fig.3 Representative sections of dangerous rock mass

3.2 Ⅱ区

Ⅱ区位于Tf116上游侧，分布高程为2 160～2 360 m，两面临空。斜长角闪(片)岩岩体呈块裂—层状结构，发育两组长大裂隙。强卸荷带水平深度为35～45 m。Ⅱ区中Tf50下游侧—Tf116上游侧范围定为Ⅱ-1区，该区受滑移面及滑移侧边界控制，可能产生滑移破坏；Ⅱ区中Tf50上游侧范围定为Ⅱ-2区，该区岩体以侧向渐进式倾倒破坏为主。Ⅱ区地质剖面图见图5。

表1 危岩体各分区地质特征表Table 1 Geological characteristics of dangerous rock mass in different zones

图4 Ⅰ区地质剖面图Fig.4 Geological profile of Area Ⅰ

(1) Ⅱ-1区。两面临空，临河坡面走向一般为260°～270°，整体坡度为71°左右。下游侧形成近横河向临空面，坡面走向160°～170°，坡度为70°～80°。Tf116为控制性底滑边界，裂隙倾向260°～270°，迹线呈弧形，高程2 245 m以下倾角为30°～50°，高程2 245 m以上倾角为50°～70°。该裂隙由高程2 200 m延伸至2 380 m处，裂隙总体连通性好；高程2 200 m至坡脚剪出口2 170 m段裂隙连通性差。上游侧受到横河向Tf50长大裂隙切割，形成该区滑移失稳破坏的侧滑边界，该组长大裂隙一般张开，充填岩块岩屑，延伸较长，达数十米—数百米，连通性好。

(2) Ⅱ-2区。位于Ⅱ-1区上游侧，由于受到近横河向及顺坡向陡倾角长大裂隙的强烈切割，边坡岩体形成近似长柱状的棱柱体。在Ⅱ-1区滑移破坏后，Tf50处形成Ⅱ-2区下游侧新的临空面，且在该坡面方向上呈倒坡形态。切割的块体在该方向上将出现渐进式侧向倾倒破坏。Ⅱ区破坏失稳机制演化如图6所示。

图5 Ⅱ区地质剖面图Fig.5 Geological profile of Area Ⅱ

3.3 Ⅲ区

Ⅲ区分布高程为2 150～2 360 m，两面临空。斜长角闪(片)岩岩体呈块状—层状结构，横河向陡倾裂隙发育，顺坡向陡倾裂隙一般发育，强卸荷水平深度为30～40 m。该区高程2 250 m以下平均坡度为40°左右，2 250 m以上平均坡度为60°左右，受卸荷裂隙切割，局部形成潜在不稳定块体。受横河向裂隙及下游侧坡面控制，可能出现倾倒式破坏块体；受顺河向裂隙及临河坡面控制，可能出现滑移式破坏块体。Ⅲ区为顺河向卸荷裂隙与横河向卸荷裂隙组合形成，但作为整体稳定性底滑面的顺河向卸荷裂隙未贯通，因此Ⅲ区整体基本稳定，变形破坏模式以浅层单一块体倾倒或滑移破坏为主。

图6 Ⅱ区破坏失稳机制演化示意图Fig.6 Evolution diagram of failure and instability mechanism in zone Ⅱ

4 稳定性评价

4.1 定性评价

岩体结构及结构面发育特征是影响边坡稳定的主要内在因素。该危岩体强卸荷带岩体呈层状—块裂结构，陡倾的顺坡向的片理面卸荷呈张开状，形成边坡块体滑移破坏或崩塌的边界条件。尤其是Ⅱ-1区，形成了明确特定的滑移块体。边坡位于泄洪雾雨区，在雾雨作用下，岩体结构面极易受水的作用而造成强度降低。在泄洪雾雨或暴雨作用下，降雨渗流产生的动水压力及静水压力也对边坡稳定造成不利影响。此外，坝址区地震作用强烈，基本地震烈度为Ⅷ度，地震波传播产生的地震惯性力直接作用于边坡岩体，加速边坡尤其是Ⅱ-1区锁固段的破坏。

Ⅰ区、Ⅱ-1区、Ⅱ-2区的变形破坏相互影响和制约，而Ⅲ区相对独立。Ⅱ-1区位于危岩体中下部，若其失稳，原有地形完整性将遭受破坏，其上方的Ⅰ区及侧面的Ⅱ-2区将失去支撑，稳定性会受到较大影响。

Ⅱ区受长大张开滑移面(Tf116)及侧边界(Tf50)控制，可能整体滑移破坏，稳定性差；Ⅰ区受卸荷等作用坡表遍布松动危岩体，浅表部稳定性差；Ⅲ区整体基本稳定。