錦屏一級(jí)水電站壩肩高陡邊坡地質(zhì)分析

摘 要：本文通過查閱大量有關(guān)錦屏一級(jí)水電站壩肩邊坡地質(zhì)類文獻(xiàn)及地質(zhì)勘查資料，對(duì)其壩肩高陡邊坡地質(zhì)情況進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)。主要介紹了工程概況、左右岸地質(zhì)情況分析、及左右岸一些特殊的起控制性的坡體結(jié)構(gòu)和其破壞模式，重點(diǎn)介紹了左岸的兩個(gè)起特殊控制性的坡體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)左右岸地質(zhì)情況和特殊坡體結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)壩肩邊坡簡要分析其穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：高陡邊坡;錦屏一級(jí)水電站;復(fù)雜地質(zhì)條件;深部裂隙

錦屏一級(jí)水電站位于青藏高原東側(cè)的四川涼山彝族自治州鹽源縣、木里縣境內(nèi)的雅礱江干流上。其壩址河段流域河谷狹窄陡峭，是典型深切V型峽谷。左岸拱肩槽開挖邊坡高度達(dá)530m，右岸拱肩槽開挖邊坡高度達(dá)到445m。其采用的是混凝土雙曲拱壩，拱壩壩高305m，厚高比0.207，左岸拱肩槽開挖邊坡高度達(dá)530m，右岸拱肩槽開挖邊坡高度達(dá)到445m，也是目前世界上已建的最高的雙曲薄拱壩，其壩址兩岸復(fù)雜的地質(zhì)條件，在世界上施工難度也是罕見的，兩岸邊坡充斥著斷層、節(jié)理、及軟弱夾層，其高陡邊坡穩(wěn)定性問題受到了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

國內(nèi)很多學(xué)者針對(duì)錦屏一級(jí)水電站壩址兩岸地質(zhì)條件及邊坡破壞形式進(jìn)行了研究，如宋勝武，向柏宇等（2010）[1]詳細(xì)分析了壩址地質(zhì)條件，分析總結(jié)了左右岸一些特殊坡體結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的破壞模式。祁生文，伍法權(quán)等[2]（2004）從工程地質(zhì)類比的角度分析了錦屏一級(jí)水電站左岸深部裂縫的形成，其認(rèn)為左岸邊坡深部裂縫形成的本質(zhì)原因及前提條件是區(qū)域的地殼活動(dòng)水平和構(gòu)造應(yīng)力場強(qiáng)度。徐佩華，陳劍平，黃潤秋等[3]（2004）采用FLAC-3D模擬與3D-σ模擬揭示了左岸邊坡變形機(jī)制，分析得到了坡體卸荷促進(jìn)彎曲傾倒變形。劉忠緒，楊靜熙[4]（2017）通過研究分析錦屏一級(jí)水電站近20年的工程勘察資料全面總結(jié)了工程地質(zhì)勘察工作。

本文主要根據(jù)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)壩址兩岸邊坡的地質(zhì)條件，研究一些特殊坡體結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的破壞模式。

1 左岸坡體地質(zhì)分析

左岸邊坡地質(zhì)情況：錦屏一級(jí)水電站左岸坡體的山谷上方約1800m高程以上由雜谷腦組第三段厚～巨厚層變質(zhì)砂巖夾薄層板巖組成，低于1800m高程以下由第二段大理巖組成，以中厚層結(jié)構(gòu)和厚層～塊狀結(jié)構(gòu)為主，地層組合較復(fù)雜，堅(jiān)硬的大理巖、變質(zhì)砂巖與相對(duì)薄弱層板巖組合。坡體中的發(fā)育有許多的斷層和裂隙，主要為f5，f8，f42-9斷層及層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶、煌斑巖脈（X）等。1800m高程以下開挖邊坡大理巖段主要由微新無卸荷巖體組成，僅在江邊有少量風(fēng)化卸荷巖體，1800m高程以上的砂板巖主要為弱卸荷巖體、變形張裂隙巖體、變形傾倒巖體。左右岸發(fā)育有多條裂隙，其中左岸節(jié)理裂隙及斷層發(fā)育多且深，是影響大壩基巖質(zhì)量的主要地質(zhì)因素，大部分文獻(xiàn)也多是基于左岸邊坡節(jié)理裂隙、斷層或是其對(duì)大壩整體或長期穩(wěn)定性方面的研究。

由于左岸邊坡的特殊性，左岸邊坡為逆向坡，是典型的反傾向坡，斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育的多且深，巖體完整性差，決定了左岸坡體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，較為特殊的坡體結(jié)構(gòu)為以下兩種。

1）傾倒式順向坡結(jié)構(gòu)：左岸纜機(jī)平臺(tái)邊坡在大約2000m高程以上的砂板巖中普遍出現(xiàn)傾倒拉裂，受微地形和巖性、地層組合情況影響在山梁、沖溝等不同部位傾倒變形強(qiáng)烈程度有一定差異，坡體中軟弱結(jié)構(gòu)面為后緣順坡陡傾斷層、卸荷拉裂縫，可能變形失穩(wěn)模式為傾倒-滑移破壞及局部的小規(guī)模楔形體破壞。左岸傾倒式順向坡結(jié)構(gòu)可簡要描述為滑坡后緣張拉開裂傾倒破壞，前緣滑移破壞。

2）左岸壩肩邊坡在1800m高程以上由f42-9斷層、SL44-1拉裂帶、煌斑巖脈組成的左岸壩頭變形拉裂巖體的楔體雙滑結(jié)構(gòu)，坡體中軟弱結(jié)構(gòu)面為f42-9斷層、SL44-1拉裂帶、煌斑巖脈以及f42-9斷層上、下盤、與f42-9斷層同向的一系列小斷層，可能的變形失穩(wěn)模式為大楔形塊體雙滑破壞，SL44-1拉裂帶、煌斑巖脈及f42-9斷層相互交織，最終在纜機(jī)平臺(tái)荷載等因素的擾動(dòng)下形成楔體雙滑模式。

2 左岸坡體地質(zhì)分析

右岸坡體主要地質(zhì)構(gòu)成主要由雜谷腦組第二段大理巖組成，其中中上部邊坡巖性為薄～中厚層大理巖夾綠片巖夾層，以中厚層結(jié)構(gòu)為主，中下部巖性為厚～巨厚層大理巖、條紋狀大理巖夾綠片巖透鏡體，以厚層～塊狀結(jié)構(gòu)為主。邊坡中的軟弱結(jié)構(gòu)面主要為f13，f14，f18斷層和邊坡中上部的層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶、中部的風(fēng)化綠片巖透鏡體。開挖邊坡主要由微新無卸荷巖體組成，僅在江邊部位發(fā)現(xiàn)有少量風(fēng)化卸荷巖體。由于右岸坡體相對(duì)于左岸坡體基巖完整性較好[4]，右岸是由較完整的大理巖構(gòu)成，左岸是有較多風(fēng)化卸荷拉裂的砂板巖構(gòu)成，巖體完整性較差。故而前人的研究多從左岸復(fù)雜的壩肩邊坡地質(zhì)條件為方向，對(duì)右岸坡體的地質(zhì)情況也有少量的研究，但大都只是簡單的地質(zhì)描述。如宋勝武等[1]對(duì)左右岸的地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)概括，其中對(duì)右岸進(jìn)行了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，右岸坡體開挖邊坡總體穩(wěn)定性較左岸好，總結(jié)了一種右岸的特殊坡體結(jié)構(gòu)：地層順向坡結(jié)構(gòu)，由于右岸是順向坡對(duì)其坡體開挖（高程1973m處的纜機(jī)平臺(tái)的開挖卸荷，以及纜機(jī)平臺(tái)處向下加荷）容易造成開挖面以上的下部懸空坡體及開挖面以下加荷后的坡體造成順沿地層的順向坡體結(jié)構(gòu)，其可能的破壞模式是由層狀結(jié)構(gòu)面控制。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

錦屏一級(jí)水電站的大壩作為目前世界上最高的雙曲薄拱壩，加上兩岸高陡邊坡復(fù)雜的地質(zhì)問題，特別是左岸邊坡，發(fā)育有大量的斷層，深部裂隙，地質(zhì)條件及其復(fù)雜，其穩(wěn)定性研究至關(guān)重要。從左岸邊坡地質(zhì)條件看，整體穩(wěn)定性問題主要是1960m高程以上的變形傾倒巖體和由f42-9斷層、煌斑巖脈和SL44-1拉裂帶相互切割形成的拉裂變形巖體—即楔形體雙滑結(jié)構(gòu)。而右岸坡體結(jié)構(gòu)是順向坡結(jié)構(gòu)，基巖完整性較好，從右岸高程約1870～1885m為分界線，其以上以下部分均是順向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，可能的破壞模式均是由開挖的卸荷拉裂隙或是原本就有的層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶造成的地層順向坡結(jié)構(gòu)，但右岸在開挖過程中及后期的運(yùn)營過程中只要做好支護(hù)措施就可在較完整性的基巖條件下保持較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

錦屏一級(jí)水電站壩肩超高邊坡工程的成功實(shí)施對(duì)我國的水利工程及邊坡工程都起到很好的示范性作用，提供了有用的經(jīng)驗(yàn)和很大的參考價(jià)值，其成功實(shí)施的背后離不開眾多工程師及勘察人員的心血和許多研究人員對(duì)該世界性難度的工程地質(zhì)問題的深入研究，為之后的工程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。

參考文獻(xiàn)

[1]宋勝武，向柏宇，楊靜熙，等.屏一級(jí)水電站復(fù)雜地質(zhì)條件下壩肩高陡邊坡穩(wěn)定性分析及其加固設(shè)計(jì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010（3）：442-458.

[2]祁生文，伍法權(quán)，丁振明，等.從工程地質(zhì)類比的角度看錦屏一級(jí)水電站左岸深部裂縫的形成[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004（8）：1380-1384.

[3]徐佩華，陳劍平，黃潤秋，等.錦屏Ⅰ級(jí)水電站解放溝左岸邊坡傾倒變形機(jī)制的3D數(shù)值模擬[J].煤田地質(zhì)與勘探，2004，32（4）：40-43.

[4]劉忠緒，楊靜熙.錦屏一級(jí)水電站工程地質(zhì)勘察綜述[J].水電站設(shè)計(jì)，2017（2）.

[5]榮冠，朱煥春，王思敬.錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡深部裂縫成因初探[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008， 27（S1）：2855-2855.

作者簡介

趙夢園（1997-），女，漢族，河南長葛人，工學(xué)碩士，重慶交通大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向：邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，邊坡防治工程。