傾倒變形體成因機(jī)制及穩(wěn)定性

孫建明

（新疆博州阿拉山口供水工程管理處，新疆 博樂833400）

1 工程概況

哈拉吐魯克水庫工程是流域規(guī)劃推薦哈拉吐魯克河河上的控制性水利樞紐工程，最大壩高85.5m。水庫具很大的綜合利用效益，例如防洪、灌溉、年調(diào)節(jié)性能等。工程建成后，替代下游灌區(qū)調(diào)蓄水庫工程，減少水庫損失，提高水資源利用效率，可改善流域1.95萬hm2灌區(qū)灌溉條件。水庫為中型Ⅲ等工程，由擋水壩、導(dǎo)流兼沖沙泄洪洞、溢洪道等組成。

水庫壩址區(qū)河谷右岸局部為高陡斜坡，與陡立的巖體片理呈小角度相交。傾倒彎曲的片理相互間錯動并伴有拉裂，使巖體傾倒進(jìn)而形成不穩(wěn)定傾倒體。

2 右岸坡卸荷傾倒變形體自然組成條件及破壞模式

2.1 傾倒體概述

傾倒體位于壩軸線右岸坡，底部位于Ⅳ級階地后緣，高差73m，順河寬100～170m。傾倒體厚20～36m，估算方量26.0萬m3。傾倒巖體變形后，產(chǎn)狀由65°～70°SE∠60°～80°傾倒形變?yōu)?5°NW∠5°或55°NW∠15°，傾倒巖體破碎，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，傾倒體表層片理面張開，多充填有黃色粉土。該傾倒體自然坡度34°，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。水庫蓄水后，僅坡腳處高45m的局部段浸泡于水下。由于距壩址較近，大壩基坑開挖時可能受影響，致使該傾倒體結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生局部失穩(wěn)滑動。

2.2 巖體卸荷傾倒變形體自然組成條件

傾倒變形體主要受到主要受到壩址區(qū)地形地貌、巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造環(huán)境影響。

2.2.1 構(gòu)造環(huán)境因素［1］

（1） 該變形體范圍內(nèi)和周邊發(fā)育多條EW向及NWW向中、小規(guī)模斷層和裂隙，有較高的應(yīng)力環(huán)境下，構(gòu)造作用強(qiáng)烈，順層片理發(fā)育，且主壓應(yīng)力方向平行于變形體主軸線，與目前主河床斜交。

（2）長期的河流自然掏刷致變形體“腳部”失穩(wěn)，較高巖體在自重條件下沿著不利結(jié)構(gòu)面下滑，導(dǎo)致巖體上部或者下部開裂。

2.2.2 原始地形地貌的影響

（1） 傾倒變形體處邊坡走向近東西向，岸坡陡立。在Ⅳ級階地后期，地殼大幅抬升，河流急速下切，抬升幅度達(dá)50m。垂直坡面發(fā)育沖溝，不斷侵蝕山體，并在較大高差的地形條件下，利于卸荷傾倒。

（2）地層巖性及結(jié)構(gòu)面的影響。邊坡基巖二疊系安山巖，片理走向與邊坡呈小角度相交，片理陡傾坡外，順層片理發(fā)育，易造成巖體向主河床方向張裂［2-3］和卸荷傾倒等因素而引起地貌上的改變。

（3） 自然的地形地貌和主河道的演變對傾倒體形成提供了先決條件，巖體的巖性和發(fā)育結(jié)構(gòu)面是傾倒體形成的內(nèi)在因素。

2.2.3 邊坡破壞模式

邊坡形成初期，受河流快速下切影響［4］，地形陡峻，巖體自穩(wěn)能力減弱，表層巖體從上部逐漸崩塌和崩落。隨著崩塌的進(jìn)行，邊坡坡度逐漸變緩，當(dāng)崩塌變形體的自重和下側(cè)的阻礙力相平衡時，該傾倒體基本處于穩(wěn)定。所以總體上來說，邊坡的破壞強(qiáng)度呈逐漸減弱趨勢。

3 傾倒體穩(wěn)定性分析評價

3.1 穩(wěn)定性宏觀分析

傾倒體表層為二疊系安山巖的碎塊體，淺紅色碎塊、碎石，人工可以刨動，下部基巖多呈干砌石狀，屬碎塊狀結(jié)構(gòu)，工程性狀差。傾倒體表層覆蓋的0.3～0.5m厚的風(fēng)積粉土判斷，未見有變形跡象，也說明該傾倒體已長時間（Q4以來）處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 穩(wěn)定性計算分析

針對現(xiàn)場傾倒體發(fā)展規(guī)模及其內(nèi)部的節(jié)理發(fā)育延伸情況，采用剛體極限平衡法穩(wěn)定性計算公式：

式中 Fs為安全系數(shù)；φ為滑面的內(nèi)摩擦角 （°）；L為滑體長度（m）；β為結(jié)構(gòu)面傾角（°）；Pb為地震力，Pb=KH，KH為地震系數(shù)，根據(jù)Ⅶ度烈度確定為0.1。

沿著變形體長軸線方向作為計算剖面，現(xiàn)場傾倒變形體最不利滑動面在下限界面產(chǎn)生，進(jìn)而影響上部卸荷巖體進(jìn)行滑裂塌滑。該傾倒體臨近壩址，失穩(wěn)后對壩址附近樞紐建筑物造成危害。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和現(xiàn)場變形體的規(guī)模，將邊坡級別定性為A類一級?？紤]到運(yùn)行期間遇到的最不利工況，且確保安全系數(shù)達(dá)到規(guī)范要求，不同工況穩(wěn)定性計算如表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)

工區(qū)氣候較干旱，降雨稀少，計算中不考慮地下水壓力的影響。巖體天然狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度取黏聚力C=0.05MPa，摩擦系數(shù)f′=0.78；庫水作用下取C=0.02 MPa，f′=0.73。巖體天然重度取26.6kN/m3，飽和重度27.0kN/m3。變形體傾滑方向?yàn)楹庸?，阻滑力幾乎為零，如?。

表2 傾倒體邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

4 變形體穩(wěn)定評價

水庫運(yùn)行期間，傾倒體在自重及庫水的作用下，可能會引起塌滑或蠕動變形［7-8］。傾倒體部分在正常蓄水位以下，突然塌滑可能性較小，即使塌滑后產(chǎn)生庫水位涌浪也較小。

5 卸荷傾倒變形體的影響及處理建議

傾倒體巖石多呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)狀下整體穩(wěn)定，但依然會產(chǎn)生小規(guī)模的塌滑及掉塊，對大壩、導(dǎo)流洞進(jìn)口等水工建筑物的安全構(gòu)成威脅。將傾倒體全部清除后采取護(hù)坡，清理的棄渣可作為后壩坡的填筑料。

6 結(jié)語

（1）傾倒變形體形成因機(jī)制受地形、地層巖性、河流掏刷和結(jié)構(gòu)面影響。

（2）該傾倒體緊臨壩址，處理不及時一旦失穩(wěn)對樞紐建筑物影響巨大。因此，根據(jù)傾倒變形體形態(tài)、規(guī)模、工程地質(zhì)條件，根據(jù)施工期和運(yùn)行期間可能發(fā)生工況進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

（3）為提高大壩安全儲備，需結(jié)合大壩右壩肩開挖時，將變形傾倒體進(jìn)行清除，以免后患［9］。