瀾滄江古水水電站壩址區(qū)上游左岸邊坡雙向差異卸荷特征及機(jī)理

唐豪 涂國(guó)祥 張?chǎng)? 羅崎峰

摘要：

為研究雙向差異卸荷的特征及機(jī)理，以瀾滄江古水水電站壩址區(qū)左岸上游岸坡為例，根據(jù)野外實(shí)地踏勘查明該邊坡卸荷作用的強(qiáng)度，將巖層分為強(qiáng)卸荷區(qū)、弱卸荷區(qū)和原巖區(qū)3個(gè)區(qū)。統(tǒng)計(jì)并分析了研究區(qū)內(nèi)各硐中卸荷裂隙的產(chǎn)狀、張開(kāi)度、張開(kāi)裂隙率等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：由于瀾滄江流向發(fā)生變化，從而產(chǎn)生雙向差異卸荷現(xiàn)象，拐彎處兩側(cè)整體的卸荷作用強(qiáng)烈，這是瀾滄江持續(xù)快速下切的結(jié)果。拐彎處上游側(cè)巖層卸荷程度強(qiáng)于下游一側(cè)，具體原因：① 上游側(cè)坡表與巖層走向相近，裂隙數(shù)量相對(duì)更多，貫通程度更好，對(duì)卸荷作用響應(yīng)更劇烈；② 上游側(cè)巖體發(fā)生了傾倒變形，傾倒變形后的巖體結(jié)構(gòu)更加松散破碎，反過(guò)來(lái)加劇了卸荷作用。

關(guān)鍵詞：

雙向卸荷； 谷坡卸荷； 卸荷裂隙； 古水水電站； 瀾滄江

中圖法分類號(hào)：P642.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.05.004

文章編號(hào)：1006-0081（2023）05-0023-09

0 引 言

谷坡卸荷現(xiàn)象是風(fēng)化、河流下切和人工開(kāi)挖等作用使巖體應(yīng)力釋放的結(jié)果，表現(xiàn)形式有巖層結(jié)構(gòu)松散碎裂、原有裂隙拉張、裂隙數(shù)量增多等，其中裂隙張開(kāi)是卸荷發(fā)生的重要特征，張開(kāi)裂隙在坡表及坡體內(nèi)部都有發(fā)育，并形成一定的水平厚度，這也導(dǎo)致谷坡近坡表及坡體內(nèi)部巖層結(jié)構(gòu)松散碎裂。

已有學(xué)者針對(duì)邊坡巖體卸荷及其工程影響做了大量的研究。何書(shū)濤等［1］研究班達(dá)水電站邊坡卸荷現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)其整體呈海拔越高、卸荷深度越深的特征，這是由于河谷上部巖體應(yīng)力釋放更徹底，導(dǎo)致卸荷作用更加強(qiáng)烈，因此卸荷帶發(fā)育深度更深。Qi等［2］研究了錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡發(fā)育的一系列卸荷裂隙，提出這些裂縫的存在顯著降低了近地表巖體的穩(wěn)定性，需要在壩肩進(jìn)行大面積開(kāi)挖；黃潤(rùn)秋［3］研究了一反傾邊坡，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部發(fā)育一組深部卸荷裂隙，這些裂隙是在特定的河谷下切和地應(yīng)力釋放的環(huán)境下產(chǎn)生。劉東等［4］對(duì)卸荷作用強(qiáng)烈的拉哇水電站右岸邊坡進(jìn)行了三維數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)深卸荷裂隙出露于預(yù)設(shè)開(kāi)挖坡面，惡化了邊坡的整體穩(wěn)定性，其出露位置需要重點(diǎn)加固。韓剛等［5］采用地質(zhì)過(guò)程機(jī)制分析方法，還原白鶴灘水電站壩址區(qū)深部破裂形成演化過(guò)程，分析了其成因機(jī)制。李想［6］為避免金沙水電站右岸變形體滑塌對(duì)施工造成影響，對(duì)變形體的卸荷進(jìn)行了排險(xiǎn)分析。張濤等［7］對(duì)西藏拉洛水利樞紐工程近壩堆積體穩(wěn)定性分析時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)綜合試驗(yàn)手段對(duì)堆積體進(jìn)行了卸荷裂隙探究及程度分級(jí)。許多工程實(shí)例表明：探明谷坡巖體卸荷裂隙的發(fā)育特征及形成機(jī)理，對(duì)于監(jiān)測(cè)水電站邊坡變形、探究邊坡穩(wěn)定性、水電站樞紐區(qū)開(kāi)挖設(shè)計(jì)等實(shí)際工程問(wèn)題具有重要的參考價(jià)值。青藏高原的持續(xù)快速隆升，使青藏高原東部的河流不斷快速下切，形成了西南地區(qū)獨(dú)特的高山、深谷地貌。自第四紀(jì)以來(lái)，瀾滄江在過(guò)去的60萬(wàn)～70萬(wàn)a中下降了600～700 m［8-9］。河流快速、連續(xù)的下切使邊坡具備臨空面條件，影響邊坡的二次應(yīng)力；黃潤(rùn)秋［10］分析了西南地區(qū)高邊坡的地應(yīng)力特征，提出了邊坡會(huì)在卸荷區(qū)向內(nèi)形成應(yīng)力集中區(qū)，這些過(guò)程的研究與卸荷作用有著密切的聯(lián)系。

上述針對(duì)卸荷裂隙的研究往往只聚焦于單一流向的河流邊坡，研究其卸荷裂隙的成因機(jī)制及其對(duì)工程建設(shè)的影響，而對(duì)于因河流拐彎而存在的雙向卸荷現(xiàn)象的研究不夠成熟。本文將重點(diǎn)分析由于河流流向變化而發(fā)生雙向差異卸荷（產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的卸荷裂隙且卸荷程度不一）現(xiàn)象的特征。研究區(qū)地處瀾滄江古水水電站上游左岸500 m，由于瀾滄江流向發(fā)生轉(zhuǎn)變，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)雙向卸荷現(xiàn)象。本文旨在探明該區(qū)雙向差異卸荷特征及機(jī)理，為壩址區(qū)建設(shè)提供參考，具有工程實(shí)踐價(jià)值及一定的理論意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)域位于中國(guó)云南省德欽縣佛山鄉(xiāng)，地理坐標(biāo)為E98°44′19.78″～98°44′52.84″和N28°36′34.42″～28°36′57.61″，地處青藏高原東緣瀾滄江流域，屬滇西縱谷地貌單元，海拔2 060 m，河谷坡度約為40°～60°。該區(qū)是介于松潘-甘孜褶皺系和蘭坪-思茅褶皺系之間的一個(gè)單斜褶皺。壩址區(qū)出露的地層主要為二疊系下統(tǒng)吉東龍組（P 1j），巖性主要為灰黑色板巖、紫紅色砂板巖、灰白色變質(zhì)砂巖、深灰色結(jié)晶灰?guī)r及灰綠色玄武巖，總厚度約550 m，單層厚度3～65 cm，根據(jù)不同的巖性組合，將其分為6組。地層原始產(chǎn)狀為NE∠75°～90°，走向?yàn)镹W325°～355°。

區(qū)內(nèi)前緣穿過(guò)一條逆沖斷層即F 1，是該區(qū)的控制性Ⅰ級(jí)結(jié)構(gòu)面，厚度2～8 m，走向?yàn)镹W330°～350°，且在pd17中有出露。該逆沖斷層的存在使區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的擠壓破碎現(xiàn)象［11］，為卸荷作用提供原始裂隙條件。此外，瀾滄江流向與上下游地層走向基本一致，這也是傾倒變形發(fā)生的必要條件之一，但在此研究區(qū)內(nèi)，流向發(fā)生了變化，呈“S”型（圖1），拐彎后巖層走向與瀾滄江流向呈大角度相交。

2 卸荷裂隙地質(zhì)特征

研究區(qū)共有pd15，pd17，pd24等3個(gè)平硐、2個(gè)交通洞以及支洞pd35和pd3。pd17高程2 120 m，洞向S45°W，硐深114.5 m，如圖2（a）所示，在距離入口45 m處，發(fā)育一張開(kāi)約3～5 cm的卸荷裂隙，產(chǎn)狀為NE∠86°，內(nèi)部充填碎屑。pd15海拔2 250 m，洞向S29°W，長(zhǎng)度為150.3 m，出露的地層包括P 1j4，P 1j5和P 1j6。除了表層松散的崩坡積物，pd15的5～94 m段巖層整體結(jié)構(gòu)較為松散，平硐遍布張開(kāi)度達(dá)2 cm以上的裂隙（圖2（b）），平均產(chǎn)狀為NE∠45°～86°，平均走向?yàn)镹W315°～355°，裂隙內(nèi)部被碎石和泥質(zhì)充填，局部和硐頂大部分裂隙可見(jiàn)架空現(xiàn)象。

二號(hào)交通洞海拔2 480 m，一號(hào)交通洞海拔2 510 m。其中，一號(hào)交通洞全洞長(zhǎng)約860 m，0～73 m出露P 1j3灰綠色玄武巖，73 m之后出露P 1j2結(jié)晶灰?guī)r及兩者互層，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，卸荷裂隙張開(kāi)明顯且內(nèi)部充填較多泥質(zhì)、方解石及碎石等。如圖2（c）所示，二號(hào)交通洞距離上游側(cè)硐口40 m處的卸荷裂隙在整個(gè)右壁都已經(jīng)架空，產(chǎn)狀SW∠28°，張開(kāi)度可達(dá)到12～20 cm，該段巖層結(jié)構(gòu)松散，卸荷強(qiáng)烈。一號(hào)交通洞中距離上游側(cè)入口20 m處的洞頂有兩組相交的卸荷裂隙（圖2（d）），產(chǎn)狀分別為NE∠87°和NW∠69°，張開(kāi)度不一，導(dǎo)致了巖層結(jié)構(gòu)松散碎裂，兩組裂隙都可見(jiàn)明顯架空。兩組卸荷裂隙呈大角度相交，一組向“S”彎處的上游一側(cè)卸荷，另一組向拐彎處的下游卸荷，兩組走向近垂直。

其余3個(gè)平硐出露于“S”型彎的下游一側(cè)。pd24海拔2 140 m，出露地層P 1j3灰綠色玄武巖，洞向N25°W，全長(zhǎng)75 m，距離硐口10 m處左壁出現(xiàn)一組較致密的卸荷裂隙（圖2（e）），張開(kāi)度為0.5～2 cm不等，沿該硐洞向作B-B剖面線（圖1）。pd3是二號(hào)交通洞的支洞，全長(zhǎng)60 m，洞向N18°W，出露地層為P 1j3，投影后硐口距離坡表7 m，在距洞口18 m處出現(xiàn)張開(kāi)度為4 cm的卸荷裂隙（圖2（f）），產(chǎn)狀NW∠78°。Pd35是一號(hào)交通洞的支洞，全長(zhǎng)60 m，洞向N15°W，投影后距離坡表25 m，出露P 1j3玄武巖與P 1j2-4砂板巖互層，在距硐口20 m硐頂有一張開(kāi)度達(dá)9 cm的卸荷裂隙（圖2（g）），架空明顯，產(chǎn)狀為NW∠85°。

圖3（a），（b）分別顯示了各洞中卸荷裂隙走向和傾角的變化。主要卸荷裂隙的傾角范圍為43°～85°（圖3（b）），不難發(fā)現(xiàn)，處于拐彎處上游側(cè)的Pd17和Pd15主要的卸荷裂隙走向?yàn)镹W320°～N0°（圖3（a）），與上游側(cè)坡表走向基本一致，即平行于瀾滄江河谷；而處于拐彎處下游側(cè)的3個(gè)平硐中主要的卸荷裂隙走向變?yōu)榱薔W355°～NE40°，大致與拐彎處下游側(cè)的瀾滄江河谷平行。在拐彎處兩側(cè)均有硐口的一號(hào)、二號(hào)交通洞也有類似情況，在距硐口100 m范圍內(nèi)出現(xiàn)呈大角度相交的兩組主要的卸荷裂隙（圖3（a）），推測(cè)這是由于該區(qū)瀾滄江流向發(fā)生變化，導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)雙向卸荷現(xiàn)象。

3 卸荷裂隙量化指標(biāo)

卸荷帶劃分應(yīng)以地質(zhì)特征現(xiàn)象為主要標(biāo)志，同時(shí)輔以卸荷裂隙的量化指標(biāo)。卸荷作用伴隨著卸荷裂隙的出現(xiàn)，而卸荷裂隙的張開(kāi)寬度隨水平硐深的關(guān)系以及回彈值等可以用于區(qū)分卸荷強(qiáng)度［12］。本文詳細(xì)調(diào)查了研究區(qū)內(nèi)的3個(gè)平硐、2個(gè)交通洞及其支洞，統(tǒng)計(jì)了卸荷裂隙張開(kāi)度、張開(kāi)裂隙率及回彈值，分別研究“S”拐彎的上游側(cè)與下游側(cè)。由于交通洞上下游側(cè)都設(shè)有硐口，在平硐勘測(cè)中發(fā)現(xiàn)在其兩側(cè)硐口均存在大量卸荷裂隙，裂隙的張開(kāi)度統(tǒng)計(jì)如圖4（b）所示。

3.1 上游側(cè)卸荷裂隙特征

裂隙的張開(kāi)度和張開(kāi)率與平硐中的卸荷作用強(qiáng)度聯(lián)系緊密，如圖4（a）所示，上游一側(cè)的硐中，pd17的卸荷裂隙最大張開(kāi)度出現(xiàn)在水平硐深80 m處，張開(kāi)約8～10 cm；其中硐深0～4 m處為崩坡積物；4～80 m張開(kāi)裂隙條數(shù)較多，該段每2 m的張開(kāi)裂隙率都在35%以上（圖5（a））；在80～105 m段，張開(kāi)裂隙率、裂隙張開(kāi)寬度同時(shí)減小，但每2 m段張開(kāi)裂隙率仍維持在20%左右，說(shuō)明該段卸荷程度減弱。pd15中巖體整體結(jié)構(gòu)比pd17更為松散，整個(gè)平硐巖層結(jié)構(gòu)碎裂，可見(jiàn)多處架空，這在張開(kāi)度和裂隙張開(kāi)率上體現(xiàn)較為明顯，pd15整段裂隙張開(kāi)率都在40%左右（圖5（b）），且并沒(méi)有減小的趨勢(shì)，而是在30%～45%上下波動(dòng)，在水平硐深87 m處，最大的張開(kāi)度可達(dá)12 cm（圖4（a）），硐深150 m的pd15整段卸荷強(qiáng)度都很強(qiáng)烈，且傾倒折斷帶發(fā)育位置卸荷裂隙張開(kāi)度與張開(kāi)裂隙率明顯增大。

拐彎處上游側(cè)硐口的二號(hào)交通洞在0～60 m段張開(kāi)度較大，最大張開(kāi)度在38 m處，達(dá)20 cm（圖4（b）），該段張開(kāi)裂隙率都在30%以上（圖5（c）），在60～95 m段，卸荷裂隙張開(kāi)度減小為0.5～2.0 cm，每2 m段的裂隙數(shù)維持在一個(gè)基本值左右，裂隙張開(kāi)率也同樣減小至10%左右，在95 m硐深之后無(wú)卸荷作用。一號(hào)交通洞與此情況類似，但強(qiáng)度比二號(hào)稍弱，在0～48 m段卸荷裂隙發(fā)育較好，張開(kāi)裂隙率在30%左右（圖5（d）），最大的張開(kāi)度出現(xiàn)在20 m，可達(dá)10～12 cm（圖4（b））。

硐內(nèi)的回彈值數(shù)據(jù)也能在一定程度上體現(xiàn)卸荷作用的強(qiáng)度。圖6（a）為上游一側(cè)的平硐回彈值，在pd17中，4～80 m硐段的回彈值都在15～35 MPa區(qū)間內(nèi)上下波動(dòng)，巖層風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，整體結(jié)構(gòu)碎裂，架空和泥質(zhì)夾層多，硐深80 m之后，回彈值有所上升，為30～50 MPa，巖層風(fēng)化和卸荷作用較前部減弱。pd15出露地層為板巖、砂板巖和灰?guī)r互層，整段風(fēng)化卸荷作用強(qiáng)烈，巖層松散碎裂，這在回彈值中可以體現(xiàn)；整個(gè)平硐回彈值變化范圍為10～35 MPa，且在傾倒折斷帶附近的回彈值只有15 MPa左右。

除了巖體的風(fēng)化卸荷作用，巖體本身的性質(zhì)也對(duì)回彈值整體產(chǎn)生較大的影響。二號(hào)交通洞和一號(hào)交通洞主要出露P 1j3 灰綠色玄武巖、P 1j2灰?guī)r及兩者互層，其本身巖性較為致密，屬于硬巖［13］，回彈值整體偏高。二號(hào)交通洞0～60 m段巖體整體卸荷作用較為強(qiáng)烈，回彈值變化范圍為30～45 MPa，60 m之后硐段回彈值升高至50～65 MPa。一號(hào)交通洞0～73 m段出露玄武巖，硐深73 m之后為灰?guī)r；其中0～48 m段回彈值整體較低，為35～50 MPa；48～73 m段回彈值有所上升，為45～65 MPa；而在硐深73 m之后，回彈值再次降低至40 MPa左右；這說(shuō)明0～48 m段回彈值相對(duì)較低是風(fēng)化卸荷的作用，而第二次在73 m處降低由巖性變化引起。

上述結(jié)果表明：在海拔較低的沉積巖段，回彈值在10～35 MPa區(qū)間的巖體卸荷作用強(qiáng)，30～50 MPa內(nèi)巖體的卸荷作用減弱；而在海拔較高的巖漿巖段，回彈值在30～45 MPa內(nèi)的巖體卸荷作用較強(qiáng)，50～65 MPa內(nèi)巖體的卸荷作用減弱。

3.2 下游側(cè)卸荷裂隙特征

下游側(cè)平硐中也可見(jiàn)區(qū)別于上游側(cè)的卸荷現(xiàn)象。pd24中0～40 m硐段卸荷裂隙張開(kāi)度在1～2 cm（圖4（a）），在距離入口10 m處可見(jiàn)1組平行的張開(kāi)裂隙，該段張開(kāi)裂隙率在25%～40%范圍內(nèi)波動(dòng)（圖5（e）），40～56 m段卸荷裂隙張開(kāi)度減小至1 cm以下，每2 m段的張開(kāi)裂隙率也下降至10%左右；在下游側(cè)硐口處的二號(hào)、一號(hào)交通洞中卸荷裂隙張開(kāi)度及數(shù)量明顯小于上游側(cè)；二號(hào)交通洞中的支洞pd3在0～30 m段的張開(kāi)度在2～4 cm（圖4（a）），最大的張開(kāi)度出現(xiàn)在距硐口18 m處，為4 cm，每2 m段的裂隙張開(kāi)率在30%左右（圖5（f）），30～44 m段的卸荷作用明顯減弱；pd35是一號(hào)交通洞的支洞，投影后距離坡表25 m，其0～30 m段的卸荷裂隙張開(kāi)度大多都在4 cm以上，最大的張開(kāi)度可達(dá)9 cm（圖4（a）），張開(kāi)裂隙率都在30%以上，在30～46 m卸荷作用減弱，張開(kāi)度為2 cm以下，每2 m段的張開(kāi)裂隙率減小至10%，在46 m之后裂隙無(wú)張開(kāi)（圖5（g））。與上游側(cè)相比，下游側(cè)的卸荷作用明顯更弱，這也體現(xiàn)在回彈值數(shù)據(jù)中。

如圖6（b）所示，pd24出露巖層巖性為玄武巖，在0～40 m段回彈值變化范圍為30～45 MPa，卸荷作用強(qiáng)烈，40～56 m段卸荷作用減弱，回彈值升高至45～60 MPa，在無(wú)張開(kāi)裂隙的56 m硐深之后，回彈值升高至60 MPa以上；pd3中也主要出露灰綠色玄武巖，0～30 m段回彈值在32～50 MPa內(nèi)波動(dòng)，30～44 m段回彈值升高至55 MPa左右，44 m之后回彈值升高至60 MPa以上；pd35中出露巖層為玄武巖與板巖互層，0～30 m段為玄武巖，回彈值變化范圍為32～45 MPa，30～46 m卸荷作用減弱，其中30～40 m段出露玄武巖，回彈值上升至57 MPa左右，40 m之后出露板巖，由于巖性從較為致密的巖漿巖變?yōu)槌练e巖，回彈值在40～46 m段的變化范圍為40～48 MPa，在46 m之后，裂隙無(wú)張開(kāi)，回彈值升高至50～55 MPa。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)平硐及交通洞雙側(cè)中主要卸荷裂隙的張開(kāi)度、每2 m段的張開(kāi)裂隙率及回彈值的統(tǒng)計(jì)可知，研究區(qū)內(nèi)“S”彎處上游側(cè)的卸荷作用明顯比下游一側(cè)的卸荷作用強(qiáng)烈。

4 卸荷帶劃分

卸荷程度的劃分能較好指示該區(qū)的卸荷作用，王蘭生［14］研究了水電工程中的巖體卸荷，根據(jù)卸荷裂隙的規(guī)模、密集程度、次生填充及巖體松弛特性等地質(zhì)特征進(jìn)行卸荷帶的劃分。卸荷作用的強(qiáng)弱程度直接導(dǎo)致卸荷裂隙張開(kāi)度、每2 m硐段張開(kāi)裂隙的比例以及回彈值的變化，因此在本文中，根據(jù)以上特征及野外實(shí)地勘測(cè)結(jié)果，對(duì)該區(qū)進(jìn)行卸荷作用強(qiáng)度分級(jí)如下。

（1） 強(qiáng)卸荷。該區(qū)巖體整體結(jié)構(gòu)較為松弛，裂隙張開(kāi)明顯，內(nèi)部被碎石、泥質(zhì)及熱液物質(zhì)所充填，可見(jiàn)多處架空，卸荷裂隙張開(kāi)度在1 cm以上，最大張開(kāi)度在10 cm以上，每2 m硐段的張開(kāi)裂隙率在30%～45%區(qū)間波動(dòng)，回彈值在沉積巖段變化范圍為10～35 MPa，在巖漿巖段變化范圍為30～45 MPa。

（2） 弱卸荷。該區(qū)巖體部分松弛，發(fā)育較多張開(kāi)裂隙，大多被熱液物質(zhì)或碎石充填，硐頂規(guī)模較大的裂隙可見(jiàn)架空，卸荷裂隙張開(kāi)度在0.5～2.0 cm，每2 m段的張開(kāi)裂隙率在5%～20%，回彈值在沉積巖段變化范圍為35～50 MPa，在巖漿巖段變化范圍為45～65 MPa。

（3） 原巖區(qū)。該區(qū)巖體結(jié)構(gòu)致密，無(wú)可見(jiàn)卸荷裂隙，巖漿巖段的回彈值在65 MPa左右，沉積巖段的回彈值變化范圍為50～55 MPa。

根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，“S”型彎上游一側(cè)中，pd17中0～80 m段為強(qiáng)卸荷巖體，80～105 m段為弱卸荷巖體，105.0～114.5 m段無(wú)卸荷作用；pd15中0～150 m整硐都為強(qiáng)卸荷巖體；二號(hào)交通洞中0～60 m段為強(qiáng)卸荷巖體；60～95 m段為弱卸荷，95～100 m段無(wú)卸荷作用；一號(hào)交通洞中0～48 m段為強(qiáng)卸荷巖體，48～80 m段為弱卸荷巖體，80～100 m無(wú)卸荷作用。結(jié)果表明：從河床到海拔2 250 m，卸荷強(qiáng)度逐漸增大，而海拔2 480～2 510 m卸荷強(qiáng)度逐漸減小且整體小于2 250 m處的卸荷強(qiáng)度，這與傾倒變形特征一致，卸荷程度與深度最大的區(qū)域在海拔2 300 m左右?！癝”型彎下游側(cè)中，pd24的0～40 m段為強(qiáng)卸荷巖體，40～56 m段為弱卸荷巖體，56～75 m段無(wú)卸荷作用；pd3中0～30 m段為強(qiáng)卸荷巖體，30～44 m段為弱卸荷巖體，44～60 m段無(wú)卸荷作用；pd35中0～30 m段為強(qiáng)卸荷巖體，30～46 m段為弱卸荷巖體，46～60 m段無(wú)卸荷作用。根據(jù)巖體卸荷程度劃分研究區(qū)內(nèi)卸荷強(qiáng)度等級(jí)如圖7所示。

5 討 論

在研究區(qū)內(nèi)，瀾滄江流向發(fā)生了變化，從近南北向的縱向河谷變?yōu)榻鼥|西向的橫向河谷，區(qū)內(nèi)拐彎處上下游巖層發(fā)生不同程度的卸荷現(xiàn)象，上游側(cè)巖層強(qiáng)卸荷區(qū)水平厚度為48～150 m不等，下游側(cè)巖層強(qiáng)卸荷區(qū)水平厚度約45～70 m，兩側(cè)整體卸荷深度和強(qiáng)度都較大，上游側(cè)卸荷程度明顯強(qiáng)于下游側(cè)，將其定義為雙向差異卸荷現(xiàn)象。

根據(jù)Wang等［15］對(duì)瀾滄江演變過(guò)程的研究：瀾滄江兩岸發(fā)育了7個(gè)階地，最高階地（第7個(gè)階地）比目前的河流水位高612 m，形成于647 000 a前。河流的快速連續(xù)下切可能導(dǎo)致兩岸巖體的強(qiáng)烈卸荷［16］，并影響邊坡的二次應(yīng)力［17-21］，Qi等［22］提出，邊坡的應(yīng)力場(chǎng)在水平方向上可以從外向內(nèi)劃分為3個(gè)區(qū)域：應(yīng)力松弛區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)，應(yīng)力松弛的水平厚度隨著海拔的增加而增加。上述研究結(jié)果表明：瀾滄江河谷的持續(xù)快速下切可導(dǎo)致兩岸巖體的強(qiáng)烈卸荷，并在巖體中形成一個(gè)具有松弛破碎結(jié)構(gòu)的深部應(yīng)力松弛區(qū)，這是研究區(qū)內(nèi)兩側(cè)岸坡整體卸荷作用強(qiáng)烈的直接原因。

除兩側(cè)巖體整體卸荷作用強(qiáng)烈之外，上游側(cè)巖層卸荷程度明顯強(qiáng)于下游側(cè)的雙向差異卸荷。熊詩(shī)湖等［23］研究了烏東德水電站薄層大理巖化白云巖的卸荷力學(xué)特性發(fā)現(xiàn)，在同樣的卸荷應(yīng)力條件下，垂直層面方向的回彈模量小于平行層面方向，這表明垂直層面方向更容易受到卸荷作用的影響。研究區(qū)內(nèi)原巖產(chǎn)狀與上游側(cè)坡面走向相近，而與下游側(cè)坡面走向呈大角度相交，在同樣的卸荷條件下，層面方向的裂隙數(shù)量相對(duì)更多、貫通程度更好，上游側(cè)巖層卸荷響應(yīng)更劇烈。這是該區(qū)上游一側(cè)卸荷程度強(qiáng)于下游側(cè)的原因之一。

瀾滄江河谷在經(jīng)歷快速下切的過(guò)程中，研究區(qū)內(nèi)上游一側(cè)反坡傾向的巖層發(fā)生了明顯的傾倒變形現(xiàn)象，這是巖體強(qiáng)烈卸荷的結(jié)果。

Tu等［24］對(duì)該區(qū)上游一側(cè)傾倒變形現(xiàn)象的研究結(jié)果表明：根據(jù)岸坡的整體形態(tài)，其在拐彎處未見(jiàn)明顯的卸荷傾倒現(xiàn)象，原始傾角為80°～85°，但在拐彎處上游巖體可見(jiàn)不同程度的卸荷傾倒；在一號(hào)交通洞上方海拔2 500～2 600 m處，P 1j2-4地層傾角變?yōu)?2°～62°；在斜坡中下部，海拔2 120～2 300 m處，P 1j4，P 1j5，P 1j6巖層傾角為20°～50°；而在2 120 m以下、河床以上的巖體并沒(méi)有發(fā)生明顯的傾倒，傾角約60°～85°；原巖與傾倒巖體的交界處可見(jiàn)明顯的厚度約1～2 m的傾倒折斷帶，且張拉裂隙發(fā)育良好，P 1j6地層原本近于直立的板巖被擠壓成彎曲的近水平層面。

坡表內(nèi)部同樣有明顯的傾倒變形現(xiàn)象［24］，如4（a）和圖5所示，在pd17和pd15中分別發(fā)育了2個(gè)和7個(gè)傾倒折斷帶，而在傾倒折斷帶附近的卸荷裂隙張開(kāi)度、裂隙的條數(shù)、張開(kāi)裂隙率都有突增的現(xiàn)象。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明：由卸荷引起的上游側(cè)巖層傾倒變形會(huì)反作用于巖體的卸荷強(qiáng)度，巖體結(jié)構(gòu)更加松散破碎，使得巖體卸荷程度進(jìn)一步加強(qiáng)；而下游側(cè)巖層走向基本與坡面走向垂直，巖層暫未發(fā)生傾倒變形，這也使上游側(cè)卸荷作用強(qiáng)度大于下游一側(cè)。在原巖產(chǎn)狀和上游側(cè)傾倒變形體的雙重作用下，產(chǎn)生了上游側(cè)巖層卸荷程度明顯強(qiáng)于下游側(cè)巖層的雙向差異卸荷現(xiàn)象。

基于以上分析，兩側(cè)邊坡巖體的卸荷機(jī)理如圖8所示，由于河流下切的持續(xù)作用，邊坡臨空面增多，巖體產(chǎn)生了如圖8（a）所示的垂直于邊坡方向的卸荷應(yīng)力σ 3，加上巖體自重應(yīng)力的影響，巖體發(fā)生剪切作用，卸荷裂隙由此產(chǎn)生，并隨著河流的持續(xù)下切，卸荷作用逐漸加劇。上游側(cè)邊坡已發(fā)展至圖8（c）階段，巖體發(fā)生明顯的傾倒變形現(xiàn)象，而下游側(cè)邊坡目前尚處于圖8（b）的過(guò)渡階段，邊坡巖體并未發(fā)現(xiàn)較為明顯的傾倒變形現(xiàn)象。

6 結(jié) 論

本文以古水水電站壩址區(qū)左岸上游一陡傾層狀巖質(zhì)邊坡為例，研究了其卸荷作用的特征及雙向差異卸荷的特點(diǎn)，得出了以下結(jié)論。

（1） 根據(jù)平硐及交通洞調(diào)查，查明了卸荷裂隙的詳細(xì)特征，根據(jù)卸荷作用的強(qiáng)度，該邊坡巖層可分為3個(gè)區(qū)，即強(qiáng)卸荷區(qū)、弱卸荷區(qū)和原巖區(qū)。

（2） 研究區(qū)內(nèi)流向發(fā)生了變化，呈“S”型，拐彎后巖層走向與瀾滄江流向呈大角度相交。研究區(qū)拐彎處上游一側(cè)強(qiáng)卸荷區(qū)水平厚度為48～150 m不等，下游側(cè)強(qiáng)卸荷區(qū)水平厚度為45～70 m，上下游巖層整體卸荷作用強(qiáng)烈且具有明顯的雙向差異卸荷現(xiàn)象。

（3） 該區(qū)巖體中的雙向差異卸荷作用經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期，拐彎處兩側(cè)整體的卸荷作用強(qiáng)烈，這是瀾滄江持續(xù)快速下切的結(jié)果。拐彎處上游側(cè)巖層卸荷程度強(qiáng)于下游一側(cè)，具體原因：① 上游側(cè)坡表與巖層走向相近，裂隙數(shù)量相對(duì)更多，貫通程度更好，對(duì)卸荷作用響應(yīng)更劇烈；② 上游側(cè)巖體發(fā)生了傾倒變形，傾倒變形巖體結(jié)構(gòu)更加松散破碎，反過(guò)來(lái)加劇了卸荷作用。

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（編輯：江 燾，高小雲(yún)）

Abstract：

In order to study the characteristics and mechanism of bidirectional，the upstream slope of the left bank of the GS hydropower station site area was studied as an example.According to the strength of the unloading effect identified by the field survey，the slope was divided into three zones：strong unloading zone，weak unloading zone and original rock zone.The measured data of the unloading fractures in the area，such as occurrence，opening degree and opening crack ratewere analyzed.The results showed that the phenomenon of differential unloadingin both directions was caused by the change of the flow direction of the Lancang River，and the unloading effect on both sides was strong as a result of the continuous and rapid down-cutting of the Lancang River.Because of the following reasons，the unloading of the upstream side of the bend was stronger than that of the downstream side：① the slope surface of the upstream side was close to the direction of the rock layer，and the original fissures were more numerous and had a better penetration，which responded more strongly to the unloading effect；② the rock body of the upstream side had been deformed by dumping，and the structure of the deformed rock body was more loose and broken，which aggravated the unloading effect in turn.

Key words：

bidirectional unloading； valley slope unloading； unloading fissure； Gushui Hydropower Station； Lancang River