里底水電站壩址右岸傾倒變形巖體成因機(jī)制和變形程度

李樹(shù)武 ，楊 健 ，楊永明 ，劉 昌

（1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059；2.中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，北京 100120；3.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065）

0 引言

里底水電站位于云南省迪慶州維西縣巴迪鄉(xiāng)境內(nèi)，工程以發(fā)電為主，由混凝土重力壩及河床式廠房組成，裝機(jī)容量420 MW，水庫(kù)正常蓄水位1 818 m。壩址河谷為縱向河谷，右岸為反向坡，岸坡整體順直，總體走向?yàn)镾W187°，坡體形態(tài)較完整，1 827 m高程以下岸坡地形平緩，岸坡坡度為11°～35°，平均坡度為20°，表部大面積被坡積碎石土覆蓋，基巖僅在江邊洪枯水位變幅帶沿河呈條帶狀小面積出露；1 827 m高程以上岸坡地形變陡，岸坡坡度32°～45°，平均坡度 41°，地表多為坡積層覆蓋，基巖僅在沖溝底部、地形凸起等部位零星出露，山坡上植被茂密，沖溝不發(fā)育。壩址區(qū)基巖地層為二疊系上統(tǒng)下段深黑色、墨綠色斜長(zhǎng)石絹云母石英千枚巖夾少量變質(zhì)砂巖及微晶片巖。斜長(zhǎng)石絹云母石英千枚巖具有明顯的絲絹光澤，擠壓揉皺現(xiàn)象強(qiáng)烈。經(jīng)鉆孔、平硐揭露，變質(zhì)砂巖、微晶片巖（黑云母片巖）呈透鏡體狀分布，不連續(xù)。前期勘探揭露右岸邊坡大面積存在傾倒變形現(xiàn)象，傾倒巖體存在變形程度大、深度大、折斷面貫通性差等特征。

1 傾倒變形成因機(jī)制

1.1 軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征

里底壩址右岸邊坡正常巖層產(chǎn)狀為NW340°～NW357°SW∠69°～77°，反傾坡內(nèi)。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)平硐以及地表開(kāi)展了軟弱結(jié)構(gòu)面（斷層）產(chǎn)狀的精細(xì)測(cè)量，獲得的各組軟弱結(jié)構(gòu)面的分組及優(yōu)勢(shì)方位，見(jiàn)表1。

表1 右岸邊坡弱面分組及優(yōu)勢(shì)方位

從表1可以看出，右岸邊坡主要發(fā)育有4組軟弱面。第①組傾下游坡內(nèi)，占統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面條數(shù)90%以上，以中等傾角～陡傾角為主，主要為層間錯(cuò)動(dòng)帶，是控制右岸邊坡穩(wěn)定性的主要邊界條件；其他三組軟弱結(jié)構(gòu)面均傾向坡外，其中第③組為緩傾角結(jié)構(gòu)面。

1.2 硬性結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征

根據(jù)地質(zhì)勘探資料進(jìn)行室內(nèi)整理分析后，獲得右岸各組硬性結(jié)構(gòu)面（裂隙）的分組及優(yōu)勢(shì)方位，見(jiàn)表2。右岸邊坡主要發(fā)育有3組硬性結(jié)構(gòu)面，其中第①組傾向下游坡內(nèi)，占統(tǒng)計(jì)條數(shù)90%以上，以中等傾角～陡傾角為主，主要沿層面發(fā)育；第②組陡傾坡外，一般在傾倒變形巖體后緣構(gòu)成拉裂縫；第③組傾向上游坡內(nèi)，傾倒變形巖體上、下游側(cè)向邊界主要由該組結(jié)構(gòu)面控制。

表2 右岸邊坡硬性結(jié)構(gòu)面分組及優(yōu)勢(shì)方位

1.3 傾倒型變形破壞成因

通過(guò)對(duì)里底水電站壩址右岸邊坡的勘探平硐和鉆探進(jìn)行詳細(xì)的編錄和地表調(diào)查，分析整理后對(duì)右岸邊坡傾倒型變形破壞的成因機(jī)制有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[1-3]：

（1）從巖性來(lái)看，絹云母石英千枚巖為層狀結(jié)構(gòu)的柔性巖體，是傾倒變形的物質(zhì)基礎(chǔ)，層面產(chǎn)狀為 NW340°～NW357°SW∠69°～77°，走向與岸坡近平行并傾向山內(nèi)，構(gòu)成陡傾的逆向坡，為巖層向臨空面發(fā)生彎曲或轉(zhuǎn)動(dòng)提供了力和力矩。

（2）從表1斷層分組可以看出，坡體前緣有傾向坡外的緩傾角斷裂發(fā)育，在最大剪應(yīng)力面將發(fā)生蠕滑剪切。整個(gè)巖體中斷裂發(fā)育，坡體后緣有成組的中～陡傾角的傾向坡外的斷裂集中發(fā)育。

（3）裂隙的發(fā)育方向與斷層接近，尤其是沿層面最為發(fā)育，占統(tǒng)計(jì)條數(shù)的90%以上。這些裂隙中既有不同時(shí)期、不同性質(zhì)的構(gòu)造裂隙，也有受河谷卸荷改造的裂隙，與斷層共同為該傾倒變形體提供了發(fā)育的邊界條件。

（4）岸坡地形較高陡，上游側(cè)受里底溝，下游側(cè)受巴丁村上游地形突變的山梁影響，加上瀾滄江的河谷下切和地殼抬升，河谷兩岸巖體臨空，原有的應(yīng)力平衡破壞，形成了梁狀三面臨空地形，為傾倒變形體提供了變形的空間條件。

（5）近場(chǎng)區(qū)斷裂十分發(fā)育，除了東北角德欽-中甸-海羅斷裂為北西走向和少量的近東西向的橫向小斷裂外，其主干斷裂均為北北西-南北走向，且彼此互相平行，排列有序，構(gòu)成南北向?yàn)橹黧w的斷裂系。

綜合分析認(rèn)為，里底水電站壩址右岸邊坡變形破壞模式為傾倒型蠕動(dòng)變形破壞。

1.4 傾倒型變形破壞特征

傾倒型蠕動(dòng)變形多發(fā)生在似層狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的脆性陡傾巖石組成的邊坡，變形破壞特征為：①各層巖塊順序向臨空一側(cè)傾倒歪斜，使表層巖層傾角逐漸變化；②由于巖層依次向臨空面傾倒，層與層之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，使表部出現(xiàn)上盤向下，下盤向上的反向臺(tái)階臺(tái)坎；③傾倒型蠕動(dòng)變形與下部完整巖體的交接關(guān)系有漸變形和突變形兩種；④傾倒變形幅度自地表向深部逐漸變小。里底水電站壩址右岸邊坡傾倒變形特征，完全符合傾倒型蠕動(dòng)變形模式，變形巖體與下部完整巖體的交接關(guān)系以漸變形為主。平硐PD105 24 m下游壁傾倒型蠕動(dòng)變形破壞見(jiàn)圖1。

圖1 平硐PD105 24 m下游壁傾倒型蠕動(dòng)變形破壞

2 傾倒型蠕動(dòng)變形程度分級(jí)

彎曲傾倒是邊坡失穩(wěn)的主要模式之一，常見(jiàn)于反向?qū)訝钸吰轮?。與正常巖層相比，傾倒巖層存在巖層傾角變小、層間錯(cuò)動(dòng)拉裂、層面彎曲、巖層折斷、甚至巖層傾向反轉(zhuǎn)與坡向相同等跡象，嚴(yán)重者可轉(zhuǎn)化為蠕滑拉裂等邊坡破壞形式[4]。目前，對(duì)于巖體傾倒強(qiáng)烈程度可以通過(guò)巖層傾角變化、層內(nèi)最大拉張量、層內(nèi)單位拉張量、傾倒巖體的卸荷變形、傾倒巖體的風(fēng)化特征、傾倒巖體的波速特征等單因素或多因素組合來(lái)定量分級(jí)。

變形體在垂直向有一定的分帶性，自地表向深部大致可以分為4個(gè)帶（見(jiàn)圖2）：①坡崩積帶。表部巖塊層序已經(jīng)擾亂，部分巖塊曾經(jīng)發(fā)生滾動(dòng)，雜亂堆積并夾有大量泥土，風(fēng)化嚴(yán)重者已經(jīng)形成坡積覆蓋層。②蠕動(dòng)變形帶。巖層扭轉(zhuǎn)傾倒，傾角變化，但層序正常，巖塊松動(dòng)呈架空，張裂隙發(fā)育。③張裂隙發(fā)育帶。巖層產(chǎn)狀已趨正常，但巖體出現(xiàn)張裂隙，有時(shí)寬達(dá)數(shù)十厘米。④完整巖石帶。本文在對(duì)右岸傾倒巖體現(xiàn)象野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，依據(jù)傾倒體內(nèi)巖層傾角與正常區(qū)巖層傾角之間的變化幅度，對(duì)傾倒巖體的變形強(qiáng)烈程度進(jìn)行等級(jí)劃分。

圖2 傾倒型蠕動(dòng)變形破壞自表向深部垂直分帶

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大量的坑槽探、井探、鉆孔、平硐揭露的地質(zhì)現(xiàn)象，壩段右岸巖體普遍傾倒變形。為了工程應(yīng)用方便，結(jié)合巖層傾倒程度（傾角變化幅度、產(chǎn)狀扭轉(zhuǎn)程度）與巖體卸荷松弛情況，將里底壩段巖體傾倒變形程度分為強(qiáng)傾倒、弱傾倒兩個(gè)級(jí)別，里底水電站壩段岸坡傾倒變形程度分級(jí)見(jiàn)表3。強(qiáng)傾倒變形底界存在斷續(xù)折斷面，一般存在較為明確的邊界條件，邊界限定塊體為影響邊坡的不穩(wěn)定地質(zhì)體，統(tǒng)稱 “傾倒變形體”；弱傾倒變形程度輕微，彎曲為漸變型，未折斷巖層，巖體松弛跡象不明顯。

表3 里底水電站壩段岸坡傾倒變形程度分級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壩址右岸PD105、PD106和PD108號(hào)平硐正常巖層以及傾倒巖層產(chǎn)狀進(jìn)行了精細(xì)測(cè)量，見(jiàn)圖3，并對(duì)硐壁分別進(jìn)行了聲波、地震波測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖4。依據(jù)表3分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)巖體傾倒變形程度進(jìn)行了分級(jí)，分級(jí)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)判斷的結(jié)論基本吻合。

圖3 PD106號(hào)平硐巖層傾角沿洞深變化趨勢(shì)

圖4 PD106號(hào)平硐地震波波速沿洞深變化趨勢(shì)

3 結(jié)論及建議

里底壩址右岸岸坡大面積存在傾倒變形跡象，變形體上游邊界以里底溝為界；下游邊界以巴丁村上游地形突變的山梁為界；前緣底面高程處于1 775 m高程以上；后緣受高陡傾角結(jié)構(gòu)面控制，一般處于1 920～1 850 m高程之間，分布面積約5.97萬(wàn)m2，強(qiáng)傾倒水平深度27～64 m，弱傾倒水平深度15～28 m（從強(qiáng)傾倒底界起算）。從傾倒變形水平深度可以看出，PD108和PD110分別位于岸坡上游側(cè)和下游側(cè)邊界，水平變形深度相對(duì)較淺，強(qiáng)傾倒水平深度只有30～40 m；而PD106和PD112位于岸坡中間，水平變形深度相對(duì)較深，強(qiáng)傾倒水平深度達(dá)60 m左右。傾倒變形深度因地而異，總體地形凸起部位深，低凹部位淺，中間厚，兩側(cè)薄。

里底水電站右岸巖體變形成因機(jī)制為傾倒型蠕動(dòng)變形破壞模式，巖層依次向臨空面傾倒，層與層之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，傾倒變形幅度自地表向深部逐漸變小。巖層的傾倒強(qiáng)烈程度受岸坡結(jié)構(gòu)、地層巖性、地形地貌及臨空條件、構(gòu)造等因素控制。傾倒巖層傾角的變化幅度與其他傾倒跡象如巖層的折裂、層間張開(kāi)度及彈性波速具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用巖層傾角的變幅與彈性波速的變化對(duì)傾倒的強(qiáng)烈程度進(jìn)行劃分是可行的。

［1］齊典濤.昌馬水庫(kù)傾倒變形邊坡特征形成機(jī)制及發(fā)育深度［J］.西部探礦工程，2001，73（6）:47-49.

［2］王士天.四川某水庫(kù)大壩左壩肩邊坡變形破壞機(jī)制及整治對(duì)策探討［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1999，10（3）:1-5.

［3］石豫川，馮文凱，劉漢超.某水電站高邊坡變形破壞模式及機(jī)制分析［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，39（5）:609-613.

［4］劉應(yīng)龍，任光明，陳強(qiáng)，等.反傾層狀巖體傾倒變形強(qiáng)烈程度研究［J］.中國(guó)水運(yùn),2008，8（12）:185-187.