永壽寺巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

周光明，張景順，劉亞新，杜高怡，徐 旭，馮建明

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 概述

永壽寺位于四川省寶興河磽磧水電站庫(kù)區(qū)泥巴溝與咔日溝之間的基巖條形山脊坡頂，由主廟、僧房和回廊等建筑物組成，場(chǎng)地下方兩側(cè)為巖質(zhì)高陡邊坡。磽磧水電站水庫(kù)正常蓄水位高程2 140 m，死水位高程2 060 m，寺廟主要建筑物基礎(chǔ)高于水庫(kù)正常蓄水位高程18～30 m。磽磧水庫(kù)于2006年底開始蓄水，在經(jīng)歷幾次庫(kù)水位升降變化之后，在庫(kù)水位變幅范圍內(nèi)出現(xiàn)了多處小規(guī)模坍岸。為確保永壽寺在水庫(kù)運(yùn)行期間的長(zhǎng)期安全，有必要對(duì)其場(chǎng)地邊坡穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。

2 邊坡工程地質(zhì)條件

永壽寺所處基巖條形山脊單薄，脊頂寬度小于10 m，平整后的建筑物場(chǎng)地寬30～35 m，地面高程2 161～2 170 m，僧房、回廊等附屬建筑物多布置在坡頂邊緣。場(chǎng)地兩側(cè)巖質(zhì)邊坡陡峻(圖1、2)，泥巴溝側(cè)坡坡度為37°～53°，坡高約80 ～90 m，咔日溝側(cè)坡坡度為25°～45°，坡高約110 ～120 m。地表多覆蓋 0.5～1 m厚的坡殘積(Q4dl+el)礫石土，局部緩坡厚約2～3 m。

條形山脊由志留系(S)粉砂質(zhì)千枚巖偶夾薄層粉砂巖組成，巖性軟弱，薄層狀結(jié)構(gòu)，受構(gòu)造作用影響，巖層揉皺強(qiáng)烈，巖層總體產(chǎn)狀N30°～70°E/NW∠50°～80°，與山脊大角度相交且傾向山內(nèi)。除層面外，節(jié)理裂隙多短小?？碧浇沂?，巖體強(qiáng)風(fēng)化水平深度20～35 m(局部見0.5～1 m厚全風(fēng)化巖體)，弱風(fēng)化水平深度45～55 m;強(qiáng)卸荷水平深度10～16 m，弱卸荷水平深度20～35 m。巖體卸荷表現(xiàn)為整體卸荷松弛和塑性變形，局部可見巖體傾倒變形和巖層折斷現(xiàn)象。

由于條形山脊單薄，巖層面與坡面交角大，地下水排泄條件較好，3個(gè)勘探鉆孔(單孔深度50 m)均為干孔，表明地下水位埋藏較深。

圖1 永壽寺地質(zhì)平面圖

圖2 永壽寺橫I地質(zhì)剖面圖

3 邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

為論證水庫(kù)蓄水后永壽寺建筑場(chǎng)地下方兩側(cè)邊坡的穩(wěn)定性，在宏觀定性分析的基礎(chǔ)上，分別采用赤平極射投影法和極限平衡法進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。

3.1 穩(wěn)定性宏觀分析

條形山脊兩側(cè)邊坡大多覆蓋厚約1 m左右的坡殘積礫石土，地表植被茂盛。由于松散堆積層厚度小，加上植物根系的穩(wěn)固作用，磽磧電站水庫(kù)蓄水前未出現(xiàn)任何變形失穩(wěn)現(xiàn)象，天然狀態(tài)下穩(wěn)定性好。但水庫(kù)蓄水至今，受庫(kù)水浸泡、淘蝕及庫(kù)水位驟降等影響，先后出現(xiàn)了7處小型坍岸，坍岸全部發(fā)生在水庫(kù)正常蓄水位以下的庫(kù)水位變幅區(qū)，坍岸底滑面均位于覆蓋層底部或全風(fēng)化千枚巖內(nèi)部，坍岸體積為300～3 000 m3不等，坍岸不影響邊坡的整體穩(wěn)定性。

前已述及永壽寺所處的條形山脊由千枚巖偶夾薄層砂巖構(gòu)成，千枚巖巖性軟弱，具薄層狀結(jié)構(gòu)，除層面發(fā)育外，其它節(jié)理裂隙多短小。根據(jù)巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)分類，泥巴溝側(cè)坡坡面與巖層走向夾角約為25°～50°，為層狀反向～層狀斜向邊坡;咔日溝側(cè)坡坡面與巖層走向夾角約15°～65°，為層狀同向～層狀橫向邊坡。巖層面傾角一般為50°～80°，大于邊坡自然坡角，無順坡向軟弱結(jié)構(gòu)面和貫穿性結(jié)構(gòu)面分布，宏觀判斷條形山脊整體穩(wěn)定。

3.2 赤平極射投影分析

根據(jù)條形山脊兩側(cè)邊坡坡面的走向、地形坡度與巖體中結(jié)構(gòu)面的空間組合關(guān)系，運(yùn)用赤平極射投影方法，選擇具代表性的橫I剖面在泥巴溝側(cè)坡和咔日溝側(cè)坡各選擇1個(gè)典型部位進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。

泥巴溝側(cè)坡坡面傾向近正南，傾角約40°。巖層產(chǎn)狀 N45°～65°E/NW∠55°，隨機(jī)分布的 1組短小裂隙產(chǎn)狀為 N75°E/SE∠75°。作邊坡面(Sn)、巖層面(J)、裂隙面(J1)的赤平極射投影圖(圖3)。層面(J)與邊坡面(Sn)傾向相反，走向夾角約25°～45°，為層狀反向結(jié)構(gòu)邊坡，抗滑穩(wěn)定性好，淺表層千枚巖傾倒變形現(xiàn)象普遍。層面(J)與裂隙面(J1)組合交線緩傾坡外，傾角約29°，對(duì)穩(wěn)定不利，但由于裂隙面(J1)短小且不發(fā)育，僅個(gè)別部位存在小型楔形體滑移的可能。

咔日溝側(cè)坡坡面傾向約N20°E，傾角約40°。巖層產(chǎn)狀 N60°～65°E/NW∠75°～80°，隨機(jī)分布2 組短小裂隙 J1、J2，J1產(chǎn)狀為 N67°E/NW∠60°，J2產(chǎn)狀為 N15°～35°W/SW∠65°～75°。作邊坡面(Sn)、巖層面(J)、裂隙面(J1、J2)的赤平極射投影圖(圖4)。層面(J)與邊坡面(Sn)傾向相同，走向夾角45°～50°，為層狀斜向結(jié)構(gòu)邊坡，層面傾角遠(yuǎn)大于自然坡角，邊坡穩(wěn)定性較好。層面(J)與裂隙面(J2)組合交線傾向坡內(nèi)，傾角約68°，不會(huì)產(chǎn)生塊體滑移。裂隙面(J1)與裂隙面(J2)組合交線陡傾坡外，傾角約56°，大于邊坡角，產(chǎn)生塊體滑移的可能性小。

圖3 泥巴溝側(cè)邊坡橫I剖面坡段赤平投影分析圖

圖4 咔日溝側(cè)邊坡橫I剖面坡段赤平投影分析圖

3.3 極限平衡分析

采用極限平衡分析法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算，考慮天然狀態(tài)(蓄水前)、蓄水至正常蓄水位以及水庫(kù)正常蓄水位疊加地震3種工況，計(jì)算軟件采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院編制的《巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序－EMU2007》，計(jì)算剖面選擇具有代表性的橫I剖面。由于千枚巖巖體除層面發(fā)育外，其它裂隙均短小且分布隨機(jī)，無長(zhǎng)大的順坡向結(jié)構(gòu)面分布，同時(shí)考慮到風(fēng)化卸荷程度不同的千枚巖巖體在完整性、結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度、透水性等方面工程特性差異較大，因此，假設(shè)滑裂面分別沿巖體傾倒變形下限、強(qiáng)卸荷下限、強(qiáng)風(fēng)化下限進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)試驗(yàn)成果并類比磽磧水電站壩址區(qū)巖體物理力學(xué)試驗(yàn)成果所選取的計(jì)算參數(shù)選取見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)表

在正常蓄水位疊加地震工況下，泥巴溝側(cè)坡指定滑裂面的穩(wěn)定性分析計(jì)算模型及結(jié)果見圖5、6、7。3種不同工況下泥巴溝側(cè)坡和咔日溝側(cè)坡指定滑裂面的穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果見表2。

圖5 滑裂面沿傾倒變形下限時(shí)的穩(wěn)定性計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果

圖6 滑裂面沿強(qiáng)卸荷下限時(shí)的穩(wěn)定性計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果

圖7 滑裂面沿強(qiáng)風(fēng)化下限時(shí)的穩(wěn)定性計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

由計(jì)算成果可知，在天然狀態(tài)(蓄水前)、水庫(kù)正常蓄水位高程2 140 m、水庫(kù)正常蓄水位疊加地震等3種工況下邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)均大于1.468，故判斷永壽寺建筑場(chǎng)地兩側(cè)邊坡穩(wěn)定。

4 結(jié)論

永壽寺建筑物場(chǎng)地兩側(cè)均為巖質(zhì)高陡邊坡，泥巴溝側(cè)坡為層狀反向～層狀斜向邊坡，咔日溝側(cè)坡為層狀同向～層狀橫向邊坡，受千枚巖巖性軟弱且?guī)r層傾角較陡影響，巖體傾倒變形明顯，個(gè)別部位受不利結(jié)構(gòu)面組合切割存在小型楔形體滑移的可能，赤平極射投影法和極限平衡法分析計(jì)算均表明巖質(zhì)邊坡整體穩(wěn)定。由水庫(kù)蓄水引起的小規(guī)模淺表層坍岸均位于正常蓄水位以下的庫(kù)水位變幅區(qū)，沿覆蓋層底部或全風(fēng)化千枚巖內(nèi)部發(fā)生，不影響巖質(zhì)邊坡的整體穩(wěn)定。