文玉忠， 李剛

(1.互助縣水利局，青海 互助 810599； 2.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650231)

危巖體治理一直是水利水電工程建設中一個重要的技術問題，需特別關注危巖體的防治問題。由于危巖體量多、分布面廣、穩(wěn)定性差、水利施工難度大、安全風險高，準確計算危巖體的穩(wěn)定性，對危害性較大的落石進行重點分析，這對指導危巖體的防護和治理具有很實用的價值[1]。

近年來，隨著水利水電工程的不斷增多，特別是三峽大壩的建成以及錦屏水電站的開工，為水電站邊坡危巖體的防治積累了一定的成果。劉傳正等[2]通過研究三峽鏈子崖危巖體，提出了層狀傾斜危巖體的分析方法。陳洪凱等[3]通過對重慶市萬州區(qū)太白巖的危巖體進行研究，對危巖體穩(wěn)定性分析方法進行了補充。黃達等[4]采用極限平衡法對錦屏水電站右岸某危巖體穩(wěn)定性進行了分類評價。郭俊[5]對陡崖危巖體穩(wěn)定性進行了分析，并對滾石運動特性進行了研究。劉會平等[6]通過對某危巖體穩(wěn)定性分析，提出了防治方案。林華章等[7]通過對錦屏猴子坡危巖體的研究，建立了危巖體穩(wěn)定性的判別公式。何宇航等[8]以九寨溝懸溝危巖體為例，對危巖體不穩(wěn)定的范圍進行了預測。這些研究成果為危巖體治理方案的確定提供了參考。本文依據(jù)上述研究成果，對大丫口水電站廠房后山自然邊坡的危巖體進行穩(wěn)定性分析，以期為同類工程提供參考。

1 工程概況

大丫口水電站位于臨滄市鎮(zhèn)康縣南汀河流域的南捧河上，屬怒江水系。該電站設計最大壩高95.2 m，水庫正常蓄水位高程650.0 m，總庫容約1.7×108m3，總裝機容量102 MW。擋水建筑物為碾壓混凝土雙曲拱壩，采用引水發(fā)電，引水洞布置于左岸，總長約4.9 km。廠房位于擋水壩下游左岸約5 km的河床的539 m左右高程處。廠房后山自然邊坡共分布危巖體349處，其中危石55處、危石群9處、孤石218處、孤石群67處。

第四系坡崩積層在研究區(qū)廣泛分布，厚2.4～6.9 m，崩積層主要集中在中部及以上高程的懸崖陡壁腳的地形坡度相對平緩處，分布面積一般不大，厚約1.0～2.0 m?；鶐r主要為三疊系中統(tǒng)河灣街組的灰?guī)r及二疊系下統(tǒng)沙子坡組的白云巖、灰質白云巖夾白云質灰?guī)r。

廠房后山邊坡最高高程位于老龍寨下游的山脊部位，高程最高為1 399 m，河邊至后山老龍寨山脊相對高差約869 m。高程770 m以下地形坡度一般為25°～35°，上游部位較下游部位的坡度緩；高程770～1 300 m的地形坡度多為35°～45°，其中高程955～1 135 m坡段大面積分布有條帶狀陡壁。

調查發(fā)現(xiàn)，Ⅴ級結構面主要有3組，具體如下。J1組：產狀為N20°～60°W，SW∠40°～65°，高程1 000 m以下山坡；N20°～50°W，NE∠15°～30°，高程1 000 m以上山頂部位；灰?guī)r層節(jié)理，間距一般2～20 cm，延伸長度大于1 m。J2組：產狀為N20°～50°E，NW(SE)∠70°～80°，節(jié)理間距一般為1～2 m，延伸長度一般30～60 cm。J3組：N10°～30°W，NE(SW)∠60°～80°，節(jié)理間距一般為30～50 cm，節(jié)理延伸長度一般為40～60 cm。主要結構面赤平投影如圖1所示。

圖1 主要結構面的赤平投影圖

2 危巖體穩(wěn)定性分析與評價

2.1 失穩(wěn)模式

通過地面調查，參考《地質災害防治工程勘察規(guī)范》(DB 50/143—2003)規(guī)定的方法，結合研究區(qū)結構面產狀與邊坡之間的關系，研究區(qū)危巖體的失穩(wěn)模式主要有：

1)滑移式崩塌。以近垂直于結構面為側向切割面，隨機出露節(jié)理為拉裂面，沿順坡結構面產生局部平面形滑動破壞，如圖2(a)所示。

2)傾倒式崩塌。當較高高程部位部分層面節(jié)理相對發(fā)育且延伸長度較長時，與其他結構面組合切割形成的條狀塊體在邊坡面臨空方向極易產生局部傾倒型崩塌破壞，如圖2(b)所示。

3)墜落式崩塌?？赡馨l(fā)生墜落式崩塌的危巖體其后緣均有陡傾裂隙，危巖體形態(tài)如圖2(c)所示。

圖2 典型危巖體形態(tài)

2.2 穩(wěn)定性分析

關于危巖體穩(wěn)定性計算的方法較多，常用的主要有基于有限元法的靜力穩(wěn)定性分析法和可靠度法、基于監(jiān)測資料的比較識別法和靜力解析法[9]。針對危巖體不同的破壞形式，選用靜力穩(wěn)定性分析法計算危巖體的穩(wěn)定系數(shù)。

2.2.1 滑移式崩塌破壞

滑移式崩塌破壞的危巖體穩(wěn)定系數(shù)計算公式如下：

(1)

式中:F為危巖體穩(wěn)定系數(shù)；φ為后緣裂隙內摩擦角標準值，(°)；l為危巖體與坡積物的接觸面的長度，m；α為滑面傾角，(°)；V為裂隙水壓力，kN/m；W為危巖體自重，kN；Q為豎向荷載重量，kN；c為危巖體黏聚力標準值，kPa。

2.2.2 傾倒式崩塌破壞

傾倒式崩塌危巖體主要受后緣巖體抗拉強度的控制，其穩(wěn)定系數(shù)計算公式如下：

當危巖體重心在傾覆點之外時，

(2)

當危巖體重心在傾覆點之內時,

(3)

式中:h為后緣裂隙深度，m；hw為后緣裂隙充水高度，m；H為后緣裂隙上端到未貫通段下段的垂直距離，m；a為危巖體重心到傾覆點的水平距離，m；b為后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點之間的水平距離，m；h0為危巖體重心到傾覆點的垂直距離，m；flk為危巖體抗拉強度標準值，kPa，由巖石抗拉強度標準值乘以0.4的折減系數(shù)確定；α為危巖體與基座接觸面的傾角，外傾時取正直，內傾時取負值，(°)；β為滑面傾角，(°)。

2.2.3 墜落式崩塌破壞

墜落式危巖體的穩(wěn)定系數(shù)按式(4)和式(5)計算，根據(jù)危巖體所受的剪應力及拉應力進行穩(wěn)定性計算，取兩種計算結果的較小值。受剪應力時：

(4)

受拉應力時：

(5)

式中:ζ為危巖體抗彎力矩系數(shù)，依據(jù)潛在破壞面形態(tài)取值，一般取1/12～1/6，當潛在破壞面為矩形時取1/6；a0為危巖體重心到潛在破壞面的水平距離，m；b0為危巖體重心到潛在破壞面形心的鉛垂距離，m；flk為抗拉強度標準值，kPa，由巖石抗拉強度標準值乘以0.2的折減系數(shù)確定。

2.3 穩(wěn)定性評價

根據(jù)上述計算模型，穩(wěn)定性評價分3種工況：工況1為天然狀態(tài)(無充水條件)，工況2為考慮結構面的充水條件，工況3為自重+地震力條件。危巖體穩(wěn)定狀態(tài)判別標準見表1。

表1 危巖體穩(wěn)定狀態(tài)判別標準

依據(jù)研究區(qū)前期資料并結合類似工程經驗值提出研究區(qū)各類巖(土)體的物理力學參數(shù)的建議值，具體見表2和表3。

表2 巖(土)體相關物理力學參數(shù)建議值

表3 巖(土)體抗剪指標參數(shù)建議值

如上所述，對廠房后山自然邊坡349處危巖體分類后進行計算。計算結果表明：不穩(wěn)定危巖體2處，欠穩(wěn)定危巖體191處，基本穩(wěn)定或穩(wěn)定危巖體156處。

3 危險性分區(qū)

研究區(qū)危巖體危險性分區(qū)時總的劃分原則是，根據(jù)地形和地貌、坡度、坡向、植被發(fā)育情況，結合危巖體特征、失穩(wěn)模式、穩(wěn)定性，危巖體類別、規(guī)模和分布情況，重點考慮危巖體的危險性、危害對象等條件綜合統(tǒng)計和分析。將研究區(qū)分為以下5個區(qū)域，如圖3所示。

圖3 廠房部位后邊坡工程地質分區(qū)圖

圖3中，A區(qū)分布高程為532～1 330 m，中上部危巖體失穩(wěn)后向上游沖溝滾落，部分危巖體解體或散布于沖溝地段；中下部危巖體失穩(wěn)后直接向南捧河河床滾落，不會對下游的廠區(qū)建筑物帶來不利的影響，其安全隱患小，危險性小。

B區(qū)分布高程為1 270 m以上，危巖體雖分布數(shù)量多、位置高，但該區(qū)域地形坡度相對平緩。危巖體失穩(wěn)后向廠房部位的河床滾落，部分危巖體解體或散布于沿線岸坡地段，對廠區(qū)建筑物安全帶來不利影響，其安全隱患中等，危險性中等。

C區(qū)分布高程為1 100～1 270 m，危巖體分布數(shù)量較多、相對位置高。危巖體失穩(wěn)后向廠房部位的河床滾落，部分危巖體解體或散布于沿線岸坡地段，對廠區(qū)建筑物安全帶來不利影響，其安全隱患較大，危險性較大。

D區(qū)分布高程為750～1 100 m。由于該地段地形坡度大，分布的危巖體規(guī)模較大、相對位置較高、發(fā)育數(shù)量較多。綜合分析判斷該區(qū)域危巖體的安全隱患大，對廠區(qū)建筑物的安全造成較大的影響。

E區(qū)分布高程為750 m以下，由于該地段分布的危巖體位置較高、發(fā)育數(shù)量較多，影響到廠區(qū)建筑物的安全，危險性較大。

綜上，A區(qū)危巖體失穩(wěn)后不影響廠區(qū)建筑物的安全；B區(qū)危巖體失穩(wěn)后可能影響廠區(qū)建筑物的安全，但該區(qū)地形坡度相對平緩，危巖體的危險性相對較小；C、D、E區(qū)地形坡度相對較大，危巖體分布數(shù)量大、失穩(wěn)位置高，對廠區(qū)建筑物的安全影響大，危險性大。

4 危巖體治理措施

治理方案本著經濟合理、技術可行的原則，主要從3個方面入手，即主動加固治理、被動防護和主動加固+被動防護相結合。

針對研究區(qū)的地形及不同區(qū)域危巖體的特征，治理方案有2個：一是清除表面松動巖體+嵌補巖腔+錨固；二是鋼軌樁林+落石擋墻+波紋柵欄+嵌補巖腔及固定。其中，方案二能與已建成的應急工程結合，形成協(xié)調、系統(tǒng)的治理方案，有效避免危巖體對電站廠房建筑物安全的影響，且施工影響小、造價低，經濟指標較好。

5 結語

在對大丫口水電站廠房后山自然邊坡危巖體進行工程地質調查的基礎上，研究了危巖體的穩(wěn)定性，得出如下結論：

1)研究區(qū)內危巖體失穩(wěn)模式包含了常見的3種，即滑移式崩塌破壞、傾倒式崩塌破壞和墜落式崩塌破壞。

2)研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)危巖體349處，分類計算后得出不穩(wěn)定的2處，欠穩(wěn)定的191處，基本穩(wěn)定或穩(wěn)定的156處。

3)研究區(qū)可劃分成5個區(qū)，其中A區(qū)危巖體不影響廠區(qū)建筑物安全，B區(qū)危巖體可能影響廠區(qū)建筑物安全，C、D、E區(qū)危巖體對廠區(qū)建筑物安全的影響大，危險性大。

4)研究區(qū)內危巖體的治理方案為鋼軌樁林+落石擋墻+波紋柵欄+嵌補巖腔及固定。

5)研究區(qū)的危巖體調查難度大，多數(shù)巖體不能進行準確有效的勘測，在今后的工作中還應繼續(xù)探索更符合工程需要的勘測方式和方法。