齊熱哈塔爾水電站調(diào)壓井后邊坡穩(wěn)定性分析

方海艷 胡相波 劉棟臣

齊熱哈塔爾水電站調(diào)壓井后邊坡穩(wěn)定性分析

方海艷 胡相波 劉棟臣

齊熱哈塔爾水電站調(diào)壓井后邊坡坡高107 m，綜合坡比1∶1。邊坡巖體以薄層狀板巖為主，且呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)。利用施工期地質(zhì)編錄的成果，采用宏觀判斷和赤平投影的方法對邊坡的整體穩(wěn)定進(jìn)行了分析，得出了邊坡整體穩(wěn)定，但存在局部崩塌或垮落的可能，同時(shí)提出了采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，做好排水并加?qiáng)監(jiān)測的建議。

齊熱哈塔爾水電站 調(diào)壓井 后邊坡 宏觀判斷法 赤平投影法

高邊坡在水利水電工程建設(shè)中非常常見，如小灣水電站700 m高邊坡，錦屏水電站540 m高邊坡等。工程高邊坡的穩(wěn)定性分析和支護(hù)設(shè)計(jì)是勘察設(shè)計(jì)工作的重要內(nèi)容，利用工程地質(zhì)分析方法，結(jié)合施工期揭露的地層情況，對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析是進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性定量分析的重要基礎(chǔ)，進(jìn)一步為支護(hù)設(shè)計(jì)提供參數(shù)。本文以齊熱哈塔爾水電站調(diào)壓井后邊坡為研究對象，結(jié)合邊坡巖體條件和結(jié)構(gòu)面的分布及組合關(guān)系，采用工程地質(zhì)分析的方法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析。

1 工程概況及地層巖性

齊熱哈塔爾水電站位于新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干河上，為該河流開發(fā)的第二級水電站。調(diào)壓井后邊坡設(shè)計(jì)高程2 904～2 795 m，高度107 m，分9級開挖，每級設(shè)2 m寬馬道，綜合坡比1∶1。

勘察資料和實(shí)際開挖揭露的地層情況表明：調(diào)壓井后邊坡地層為第四系坡積物與風(fēng)積物（）和奧陶-志留系第1段（O-S1）基巖為主。第四系地層為松散堆積的坡積物和風(fēng)積砂土等，含少量碎塊石；基巖巖性以角閃斜長板巖、片巖為主，夾薄—中厚層大理巖。邊坡巖體全—強(qiáng)風(fēng)化帶厚度達(dá)20 m，弱風(fēng)化帶厚度為20～30 m。巖體卸荷較為強(qiáng)烈，局部巖層已蠕變傾倒。見表1。

表1 邊坡巖體力學(xué)指標(biāo)

2 施工揭露工程地質(zhì)條件

2.1 坡面產(chǎn)狀

調(diào)壓井后邊坡走向NE8°，傾SE，上部1～4級坡比為1∶1，傾角45°；5～7層坡比為1∶0.75，傾角為53°；8～9層坡比為1∶0.5，傾角為63°。坡面總高度107 m，綜合坡比1∶1。

2.2 地層分布

開挖揭露邊坡介質(zhì)由碎石土和薄層—中厚層（以薄層為主）狀板巖構(gòu)成。1～3層及4層邊坡的上部地層以松散堆積物為主，邊坡坡面為全—強(qiáng)風(fēng)化的薄層狀板巖；4層下部為強(qiáng)—中等風(fēng)化的薄層狀板巖，5層以下邊坡坡面為中等風(fēng)化薄層狀板巖，且局部發(fā)育中厚層的白色或灰白色大理巖條帶。

總體看來，1～3層邊坡和4層邊坡上部的全—強(qiáng)風(fēng)化板巖中層間夾有大量碎石及細(xì)顆粒，呈碎裂結(jié)構(gòu)；以下部位薄層狀板巖層結(jié)構(gòu)面多閉合，局部充填碎塊石或無充填，邊坡底部巖體基本呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)。

從開挖揭露的地層情況來看，開挖高度107 m范圍內(nèi)除局部存在層間擠壓帶或?qū)娱g錯動外，未見有明顯變形位移跡象。

2.3 邊坡結(jié)構(gòu)面狀況

邊坡開挖范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面以層面為主，傾向與邊坡傾向相反，且傾角一般大于60°，局部發(fā)育層間擠壓帶，產(chǎn)狀與層面基本保持一致。無明顯的斷層和切斷層面的擠壓破碎帶。結(jié)構(gòu)面等密度圖、走向玫瑰花圖和傾角分布直方圖見圖1～3。

2.4 結(jié)構(gòu)面分組及描述

根據(jù)地質(zhì)編錄情況，結(jié)合走向玫瑰圖將邊坡范圍內(nèi)發(fā)育的結(jié)構(gòu)面分為5組。

各組結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀和特性描述如下：

（1）產(chǎn)狀 240°～280°∠60°～70°，間距 5～10 cm，密集發(fā)育，延伸長，幾乎貫穿邊坡橫斷面，局部巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)。在1～9層邊坡均有發(fā)育，為優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，包括多條擠壓帶，擠壓帶產(chǎn)狀同該組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。擠壓帶內(nèi)物質(zhì)已糜棱巖化。

圖1 邊坡開挖范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面等密度圖

圖2 邊坡范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面走向玫瑰圖

圖3 邊坡范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面傾角分布直方圖

（2）產(chǎn)狀0°～60°∠61°～80°，結(jié)構(gòu)面密集發(fā)育，間距在10～20 cm之間，延伸不長，多呈張開狀，碎屑充填或無充填。與第1組結(jié)構(gòu)面垂直或大角度相交，且傾向于坡外和下游。

（3）產(chǎn)狀194°～215°∠30～70°，結(jié)構(gòu)面發(fā)育較少，寬度5～10 cm，延伸較短，巖屑充填或無充填，結(jié)構(gòu)面面起伏差較小。

（4）產(chǎn)狀220°∠40°，結(jié)構(gòu)面貫通性較好，在8層和9層坡面上基本貫通整個坡面，延伸較長。結(jié)構(gòu)面內(nèi)充填白色鈣質(zhì)物，充填物強(qiáng)度很低，寬度在3～5 cm，發(fā)育間距在30～40 m。

（5）產(chǎn)狀113°～180°∠40°～70°，結(jié)構(gòu)面延伸較短，在1～2 m，局部延伸達(dá)5 m，發(fā)育間距大于1 m，且僅局部發(fā)育，走向與坡面平行，傾向坡外。面多平直光滑，局部充填有泥質(zhì)物質(zhì)。

3 穩(wěn)定性分析與評價(jià)

3.1 宏觀判斷

從勘察資料和實(shí)際揭露的邊坡地層情況來看，邊坡巖體以板巖和千枚巖為主，除強(qiáng)卸荷帶巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)外，其余部位均為碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體完整性差。

中等風(fēng)化巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)成果表明，垂直片理面加載時(shí)其單軸抗壓強(qiáng)度在58.57～337.99 MPa，平均141.88 MPa；平行片理面加載時(shí)單軸抗壓強(qiáng)度45.65～175.16 MPa，平均值為96.22 MPa，可見中等風(fēng)化狀態(tài)的板巖為堅(jiān)硬巖，且抗壓強(qiáng)度上存在明顯的各向異性。另外，由表1看出板巖的軟化系數(shù)較高。

邊坡內(nèi)發(fā)育的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀走向與坡面平行，傾向與坡面相反且屬陡傾角結(jié)構(gòu)面。

由此可見，該邊坡為呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，局部碎裂結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡，邊坡巖體為堅(jiān)硬巖，主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀有利于邊坡穩(wěn)定，開挖范圍內(nèi)無明顯變形位移跡象，因此，可以宏觀判斷邊坡整體穩(wěn)定。

3.2 赤平投影法

根據(jù)2.4描述的5組結(jié)構(gòu)面，繪制的赤平投影圖如圖4，分析結(jié)果如表2所示。

圖4 邊坡穩(wěn)定分析赤平投影投影圖

從表中可以看出，5組結(jié)構(gòu)面形成的10個組合中，第（2）組和第（3）組結(jié)構(gòu)面組合以及第（2）組和第（5）組結(jié)構(gòu)面組合形成不穩(wěn)定的楔形體，其余組合均為穩(wěn)定塊體。

3.3 整體穩(wěn)定性評價(jià)

上述分析可見，從宏觀判斷法和赤平投影分析方法得出以下結(jié)論：

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