高边坡及不稳定体是水利水电工程中常见的地质问题,对水库大坝的安全有重大隐患,尤其是面板坝,对边坡的要求极高,以下从五个方面对不稳定体进行分析并提出处理意见。
1不稳定体的地质条件
不稳定体处于坝址左岸边坡,大致以趾板线方向分界,分别出露凝灰岩、粉砂岩两个岩组,趾板线以上多为厚层块状凝灰岩夹粉砂岩,下游方向多为薄层状粉砂岩,由于岩体耐风化程度不同,前者多表现为陡坎,后者多呈沟谷。
通过测绘资料分析,主要发育NW向和NE向两组断层,其中NW向断层从左坝肩及左岸趾板线通过,表现为陡倾角顺层挤压断层,该组断层规模较大,对左岸趾板边坡影响较大;NE向断层规模较小,对左岸影响也小。
2对主要结构面的认识
F2断层为出露于河谷左岸的一组NW向低序次的缓倾角断层,它是一组与岩层面产状走向近一致的扭性结构面。地表出露长度约100m,上游为F9一组NW向陡倾角断层截断,下游延伸至河床。
F9断层,断面有厚3cm绿色糜棱岩,下盘岩体相对较完整,其上盘岩体已沿F9产生过滑动,断层带有5m厚的滑坡破碎带,呈散体结构。
现在对不稳定体叙述如下:靠岸里发育一倾坡外的F9断层,其构成了不稳定岩体后缘及南侧切割面,与F2底滑面组合构成了左岸不稳定体。
3不稳定体稳定分析
以节理裂隙面产状、发育情况及其可能的不利组合做为稳定分区原则,以745m高程上下和F2断层上、下盘为界做以下稳定分区。
(1)稳定性差的Ⅰ区
①范围:F2断层面以下至趾板线范围。
②岩性:凝灰岩、凝灰质砂岩及粉砂岩,岩体呈镶嵌碎裂结构。
③出露断层:倾坡外的一组缓倾角断层F2
④变形方式:F2这组缓倾坡外断层,是岩质边坡稳定性最差的,极大可能被顺层挤压断层以及层面切割,产生拉裂及滑塌变形。
(2)稳定性极差的Ⅱ区
①范围:自745m高程平台至F2断层的上盘岩体。
②岩性:凝灰岩和粉砂岩,呈碎裂镶嵌结构。
③出露断层:主要为一组走向NNW倾向岸里的中等倾角断层。
④变形方式:主要可产生拉裂变形,该区发育NNW倾坡内中等倾角断层的分布,在平硐中遇到该组断层就产生塌方,带内物质松散无胶结,使Ⅱ区岩体呈现“软弱相间”状态,该组断层极易与F2组合产生塌滑。
(3)基本稳定区Ⅲ区
①范围:745m高程平面以上部分,地形相对高差50~60m。
②出露凝灰质砂岩、粉砂岩和少量厚层块状凝灰岩。
③据地表测绘,仅出露少量倾坡内的断层。
④该区已到不稳定体边缘,倾坡内断层无崩塌可能,只能是风化卸荷影响,产生小的局部变形,对趾板无任何影响。
4不稳定体稳定计算
按平行断面法计算不稳定体总体积11万m3,岩体天然容重取27KN/m3,则岩体自重W=2.97×106KN。
①基本荷载作用下由刚体极限平衡原理计算边坡安全系数
(其中天然状态下取C=59KPa,φ=25°):
Fs=■=■=1.25
②特殊荷载作用下由刚体极限平衡原理计算边坡安全系数:
Fs=■=■
其中Fi为水平向地震惯性力,其计算公式:
Fi=ahξGEiαi/g=2.1×105KN
Fs=1.05
由计算可以看出,不考虑水的作用和地震惯性力作用时,在基本荷载作用下Fs=1.25;在考虑地震影响时Fs=1.05,不稳定体处于临界稳定状态,均不能满足岩质边坡安全系数1.3~1.25的要求,需及时处理。
5不稳定体处理意见
(1)稳定性差的Ⅰ区(F2断层面以下至趾板线范围)
该区发育F2缓倾坡外断层,且处于库水位以下,是岩质边坡稳定性最差的,极大可能被顺层挤压断层以及层面切割,产生拉裂及滑塌变形。但F2断层下盘岩体结构面相对较少,节理面闭合,平直,岩体完整性相对较好,对该区的处理建议以锚固处理措施为主,并做好不稳定体表面的排水以及布置边坡变形观测系统。
(2)稳定性极差的Ⅱ区(自745m高程平台至F2断层的上盘岩体)
据分析F2断层上盘岩体有可能沿一些后缘切割面产生局部滑塌。且745m平台到趾板线距离为50m,相对高差较大,因此根据不稳定体的规模及稳定现状,建议对高程745m以下至F2底滑面岩体应继续清除处理,在清除过程中,注意爆破控制,以防已滑动的破碎岩体,在爆破过程中进一步破坏。并对面板进行封盖处理,以防开挖过程中不稳定体危及面板安全,并对开挖坡面及时喷锚处理,在开挖坡面上设置马道。
(3)基本稳定区Ⅲ区(745m高程平面以上部分)
该区主要断层极少,未形成不利组合,该区已到不稳定体边缘,倾坡内断层,无大的崩塌可能,但该段岩坡长时间暴露在外,风化强烈,依然存在一些小的不稳定体,目前处于稳定状态,该区对水工建筑物影响不大,但Ⅱ区处理后,此处可能会产生滑塌,建议在处理Ⅱ区前将该处削坡处理,并对边坡做一些喷锚支护。
6结语
边坡岩体的稳定并不是由单一因素造成的,而是与边坡的构造环境特征、地形地貌特征及结构面的发育特征等方面密切相关,各种因素是相互作用、相互影响的。地形条件决定了边坡形态,结构面组合是岩体边坡稳定的控制因素。
参考文献
[1](GB50487-2008)水利水电工程地质勘察规范.
[2]水利水电部水利水电规划设计院主编.水利水电工程地质手册.北京:水利电力出版社,1985.
[3]陆兆溱等.工程地质学,第二版.北京:中国水利水电出版社,2002.
[4]陈祖煜等.岩质边坡稳定分析.北京:中国水利水电出版社,2005.
[5]谷德振.岩体工程地质学基础.北京:科学出版社,1979.
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