卓國鋒 李 凱 羅江波

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

窄沖水庫右壩肩1 225 m高程以下為開挖形成的人工邊坡，高程1 225 m～1 345 m為陡峭的自然巖質(zhì)邊坡,危巖體分布范圍大致為大壩壩軸線至上游取水口閘門井，順河向長約150 m,場區(qū)下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)高坡場組第二段第3層(D3g2-3)的淺灰、灰白色中厚層白云巖夾灰質(zhì)白云巖，夾泥質(zhì)白云巖及泥巖夾層,多組節(jié)理裂隙發(fā)育,嚴(yán)重威脅壩體、取水閘門井及連接公路的安全。

2 危巖體工程地質(zhì)特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合危巖體分布位置、特征及失穩(wěn)破壞模式等情況，壩肩危巖體分為4個(gè)區(qū)：1)上游碎裂危巖體區(qū);2)倒懸危巖體區(qū);3)側(cè)深切卸荷危巖體區(qū);4)下游碎裂危巖體區(qū)。

2.1 上游碎裂危巖體區(qū)

上游碎裂危巖體區(qū)分布在1 260 m～1 325 m高程，相對高差約65 m，順河向長約28 m。碎裂危巖體法向深度0 m～3.5 m，平均約1.2 m。該區(qū)域節(jié)理裂隙、卸荷裂隙及溶蝕裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化帶裂隙多數(shù)張開充填粘土夾碎石，局部為空隙?，F(xiàn)狀條件下常發(fā)生掉塊、塊體崩落現(xiàn)象。

2.2 倒懸危巖體區(qū)

倒懸危巖體區(qū)主要分布在1 260 m～1 315 m高程，相對高差約55 m，順河向長約16 m。母巖體為淺灰、灰白色中厚層白云巖夾灰質(zhì)白云巖，夾泥巖軟巖夾層，軟巖夾層厚10 cm～30 cm，間距0.5 m～3.0 m。在結(jié)構(gòu)面切割、地下水浸透及重力作用下，泥質(zhì)白云巖及泥巖風(fēng)化較快于上部母巖體，差異性風(fēng)化脫空形成多處“頭重腳輕”的倒懸?guī)r體。

2.3 下游深切卸荷危巖體區(qū)

下游側(cè)深切卸荷危巖體區(qū)分布高程1 265 m～1 315 m，相對高差約50 m，順河向長約20 m，卸荷帶法向深度為5 m～25 m。卸荷裂隙很發(fā)育，其次為兩組側(cè)緣裂隙。卸荷裂隙產(chǎn)狀為N30°～40°E/NW∠78°～89°，張開寬度2 cm～25 cm，局部寬約70 cm，間距1.5 m～3 m，卸荷深度3 m～30 m不等，距離大壩相對高差80 m～120 m。層間軟巖夾層風(fēng)化后形成空腔，順層可見侵蝕深度0.5 m～1.5 m。

2.4 下游碎裂危巖體區(qū)

下游碎裂危巖體區(qū)分布高程1 250 m～1 310 m，相對高差約60 m，順河向長約53 m。該區(qū)域節(jié)理裂隙、卸荷裂隙及溶蝕裂隙發(fā)育，在強(qiáng)風(fēng)化帶多數(shù)張開充填粘土夾碎石，局部為空隙。

3 穩(wěn)定性分析

以下采用定性和定量分析相結(jié)合的方法對各分區(qū)危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

3.1 上游及下游碎裂危巖體區(qū)

上游碎裂危巖體區(qū)已清除了局部危巖體，目前整體處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。但在高程1 310 m～1 325 m表層強(qiáng)風(fēng)化帶，主要受層面及3組裂隙切割，巖體形成三角形或四邊形危石塊體，大多數(shù)結(jié)構(gòu)面已溶蝕貫通。松散危石堆疊在原地，局部受植物支擋防護(hù)作用，目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，存在潛在崩塌滾石危險(xiǎn)。

下游碎裂危巖體區(qū)，目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，與上游碎裂危巖體區(qū)類似。但在高程1 295 m以上邊坡表層強(qiáng)風(fēng)化帶，主要受結(jié)構(gòu)面切割及根劈作用，局部存在危石塊體及孤石，體積0.5 m3～2 m3。大多松散危石堆疊在原地，局部受植物支擋防護(hù)作用，目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，存在潛在崩塌滾石危險(xiǎn)。

3.2 倒懸危巖體區(qū)

危巖倒懸體易于產(chǎn)生拉裂式破壞，在不利結(jié)構(gòu)面的切割作用下，進(jìn)而產(chǎn)生墜落破壞。拉裂式崩塌的典型情況如圖1所示。以懸臂梁形式突出的巖體，在AC面上承受最大的彎矩和剪力，若頂層部受拉，底部受壓，A點(diǎn)附近拉應(yīng)力最大。在長期重力和風(fēng)化應(yīng)力作用下，A點(diǎn)附近的裂隙逐漸擴(kuò)大，并向深處發(fā)展。拉應(yīng)力將越來越集中在尚未裂開的部位，一旦拉應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，上部懸出的巖體就會發(fā)生崩塌。這類崩塌的關(guān)鍵是最大彎矩截面AC上的拉應(yīng)力能否超過巖石的抗拉強(qiáng)度。故可以用拉應(yīng)力與巖石的抗拉強(qiáng)度的比值進(jìn)行穩(wěn)定性檢算。假如突出的巖體長度為1,巖體等厚，厚度為h，寬度為1 m(取單位寬度)，巖石重度為r,計(jì)算模型見圖1。

其中，M為AC面上的彎矩，M=0.5l2rh;y為0.5h;I為AC截面的慣性矩;[σ拉]為巖石的允許抗拉強(qiáng)度。

危巖計(jì)算模型見圖2，穩(wěn)定系數(shù)K值可用巖石的允許抗拉強(qiáng)度與該點(diǎn)所受的拉應(yīng)力比值求得：

倒懸體主體為強(qiáng)風(fēng)化巖石，抗剪強(qiáng)度為0.4 MPa～0.45 MPa,根據(jù)材料力學(xué)及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，巖石的允許抗拉強(qiáng)度取抗剪強(qiáng)度的1/2，則[σ拉]=0.2 MPa=2 000 kPa。

由以上分析計(jì)算可知，上游倒懸體區(qū)穩(wěn)定系數(shù)K=1.14，巖體破壞模式主要為墜落，穩(wěn)定系數(shù)偏小，安全儲備不足，倒懸危巖體區(qū)整體上處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。上述計(jì)算尚未考慮地下水、不利結(jié)構(gòu)面、軟弱夾層、深切裂隙的不利作用，在這些不利因素的影響下，穩(wěn)定系數(shù)大大削減，巖體實(shí)際的穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)該是偏小的，可能產(chǎn)生拉裂式變形，產(chǎn)生墜落、滾動(dòng)破壞，因此總體評價(jià)上、下游倒懸體區(qū)危巖處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 深切卸荷危巖體區(qū)

由以上分析可知，深切卸荷危巖體區(qū)卸荷裂隙深切，在結(jié)構(gòu)面組合切割及泥巖軟弱夾層共同作用下可能產(chǎn)生滑移、傾倒式破壞，采用如下計(jì)算模型進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算模型見圖3。對可能產(chǎn)生平面滑動(dòng)的巖質(zhì)邊坡宜采用平面滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算，滑塊穩(wěn)定系數(shù)K可按下列公式計(jì)算。

計(jì)算假定條件：巖體為條塊性切割體，非楔形體等塊體，不同斷面巖體截面基本相同，因此可采用單位長度進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。根據(jù)深切裂隙填充情況及張開度判斷，暴雨工況下危巖體后深切裂隙充水高度為2/3危巖體高度。天然工況下深切裂隙不充水。計(jì)算過程：

故在暴雨工況下，穩(wěn)定系數(shù)K計(jì)算如下：

表1 危巖體穩(wěn)定程度等級劃分表

對比表1的穩(wěn)定程度劃分，采用Slide6.0計(jì)算軟件，通過直線滑動(dòng)法自動(dòng)搜索最小穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算得F=1.126，與公式計(jì)算結(jié)果1.15較接近，但偏小，說明該危巖體安全儲備較小。故只從計(jì)算所得的K值來看，1.0≤F<1.2，巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。天然工況下：泥巖軟弱夾層與坡向反向、進(jìn)水平，裂隙充水高度較小，沒有下滑分力，穩(wěn)定系數(shù)K≥1，處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，綜合評價(jià)深切裂隙危巖體區(qū)整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，易產(chǎn)生傾倒、滑移等失穩(wěn)破壞。

4 結(jié)語

1)根據(jù)右壩肩危巖體地質(zhì)特征，將其分為四個(gè)分區(qū)，其穩(wěn)定性主要受軟弱不利結(jié)構(gòu)面(外傾裂隙、軟弱夾層)、地下水的不利影響控制。

2)采用定性和定量相結(jié)合的方法，綜合評價(jià)各分區(qū)的危巖體均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，易產(chǎn)生崩塌滾石、墜落、傾倒、滑移等失穩(wěn)破壞。

3)根據(jù)危巖體穩(wěn)定性分析結(jié)論，上下游碎裂危巖體區(qū)建議采用錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)方案、倒懸圍巖體區(qū)建議采用嵌補(bǔ)支墩+被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)方案、深切裂隙圍巖體建議采用錨索等深部主動(dòng)加固方案，對局部分布的不穩(wěn)定塊體建議清除。