巖土工程邊坡的穩(wěn)定性及其設(shè)計(jì)分析

申澤松

新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 新疆烏魯木齊 830000

1 工程概況

尼雅河發(fā)源于昆侖山北坡，全長210km，流域總面積7146km2，多年年均徑流量為2.13×108m3。工程區(qū)位于尼雅河中上游河段。

尼雅水利樞紐初步設(shè)計(jì)階段擬選壩型有瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩兩種壩型。主要建筑物有攔河大壩、溢洪洞、泄洪沖砂洞、灌溉發(fā)電引水洞、導(dǎo)流洞和發(fā)電廠房等。

2 壩址區(qū)邊坡工程地質(zhì)特性及分析

根據(jù)地表測(cè)繪、平硐以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等方式分析，壩址區(qū)岸坡的破壞模式主要有：

（1）崩塌，為主要破壞模式，陡立邊坡的巖體因不利結(jié)構(gòu)面組合的切割，再加上水流沖切坡腳，主要表現(xiàn)為崩塌掉塊。

（2）巖體的滑動(dòng)，主要為斷層、裂隙（卸荷、節(jié)理）以及片理面等結(jié)構(gòu)面相互組合、相互切割，形成楔形體滑動(dòng)。

（3）傾倒變形，左岸近壩高陡岸坡為層狀反向坡，巖性為紫紅色變質(zhì)砂巖，變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，在風(fēng)化和重力作用下，巖體傾倒變形，局部已經(jīng)垮塌。

依據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL386-2007）的相關(guān)規(guī)定，工程邊坡級(jí)別確定須考慮的因素有：對(duì)建筑物安全和正常運(yùn)用的影響程度、對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全的影響程度、邊坡失事后的損失大小、邊坡規(guī)模大小以及臨時(shí)坡還是永久坡等。依據(jù)相關(guān)水工建筑物的級(jí)別及邊坡與水工建筑物的相互關(guān)系，并考慮對(duì)邊坡破壞所造成的影響程度，對(duì)工程區(qū)內(nèi)的左、右岸壩頂以上邊坡進(jìn)行分析[1]。

2.1 左岸壩頂以上邊坡工程地質(zhì)特性

左岸壩頂以上巖質(zhì)邊坡地形相對(duì)高差達(dá)500m，岸坡總體走向295°，自然坡度55°-75°，局部近直立呈陡崖狀（大于80°），岸坡基巖裸露，局部出現(xiàn)崩塌、掉塊、墜石等，多堆積于凹形陡坡坡腳及岸坡坡腳處，基巖為泥盆系上統(tǒng)變質(zhì)砂巖。

左岸壩頂以上巖質(zhì)邊坡自然情況下整體穩(wěn)定，局部因巖體風(fēng)化、卸荷等作用存在危巖體、崩塌、掉塊現(xiàn)象。經(jīng)地質(zhì)測(cè)繪工作統(tǒng)計(jì)壩頂以上巖質(zhì)邊坡主要發(fā)育4組節(jié)理裂隙面：①L1節(jié)理45°NW∠56°；②L2節(jié)理85°-89°SE∠54°-67°；③L3節(jié)理271°-280°NE∠46°-81°；④節(jié)理350°NW∠68°。發(fā)育6條斷層：①f80斷層產(chǎn)狀86°SE∠72°；②f81斷層產(chǎn)狀87°SE∠70°；③f82斷層產(chǎn)狀297°SW∠60°；④f83斷層產(chǎn)狀83°SE∠73°；⑤f84斷層產(chǎn)狀58°SE∠69°；⑥f85斷層產(chǎn)狀65°SE∠71°。根據(jù)邊坡性質(zhì)及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，通過赤平投影對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，見圖1。

根據(jù)赤平投影（圖2）可知：L3與f81、f85結(jié)構(gòu)面組合，易形成不穩(wěn)定塊體；L3走向與左岸邊坡走向小角度相交，且傾向坡外，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。主要結(jié)構(gòu)面不利組合有2個(gè)交點(diǎn)落入滑動(dòng)區(qū)，初步判定組合結(jié)構(gòu)面不穩(wěn)定。

2.2 右岸壩頂以上邊坡工程地質(zhì)特性

右岸壩頂以上邊坡地形相對(duì)高差136-158m，岸坡總體走向234°，自然坡度53°。岸坡面沖溝發(fā)育，坡面起伏不平。基巖裸露，表面風(fēng)化嚴(yán)重，局部坍塌滑落。地層結(jié)構(gòu)見圖3。

右岸壩頂以上巖質(zhì)邊坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定，局部因風(fēng)化、卸荷等，存在崩塌、掉塊現(xiàn)象。經(jīng)地質(zhì)測(cè)繪工作統(tǒng)計(jì)壩頂以上巖質(zhì)邊坡主要發(fā)育4組節(jié)理裂隙面：①L1節(jié)理300°SW∠43°；②L2節(jié)理350°SW∠50°；③L3節(jié)理15°NW∠60°；④節(jié)理75°SE∠55°。發(fā)育2條斷層：①f64斷層產(chǎn)狀290°NE∠76°；②f70斷層產(chǎn)狀85°NW∠45°。根據(jù)邊坡性質(zhì)及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，通過赤平投影對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，見圖2-4。

圖1 左岸壩頂以上邊坡地層結(jié)構(gòu)圖

圖2 左岸壩頂以上邊坡穩(wěn)定分析赤平投影圖

根據(jù)赤平投影（圖4）可知：L3與L4結(jié)構(gòu)面組合、L1與f70結(jié)構(gòu)面組合，易形成不穩(wěn)定塊體；L1走向與右岸邊坡走向小角度相交，且傾向坡外，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。主要結(jié)構(gòu)面不利組合有2個(gè)交點(diǎn)落入滑動(dòng)區(qū)，初步判定組合結(jié)構(gòu)面不穩(wěn)定。

3 建議

根據(jù)左、右岸壩頂以上巖質(zhì)邊坡的自然穩(wěn)定條件，結(jié)合心墻基槽開挖、左岸灌漿平硐開挖影響等因素的分析，受爆破震動(dòng)、地震荷載、開挖擾動(dòng)等影響，危巖體存在失穩(wěn)的可能性，局部可能存在崩塌、掉塊。建議先清除壩頂以上的危巖體、松動(dòng)體，并對(duì)邊坡采取隨機(jī)錨固、掛網(wǎng)噴護(hù)、支擋及排水等措施，建議對(duì)邊坡加強(qiáng)支護(hù)，在適當(dāng)部位設(shè)置碎落臺(tái)[2]。

邊坡加固是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、施工困難的災(zāi)害防治工程。近年來，隨著高速公路及城市建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模的不斷增大，邊坡處治問題越來越突出。若邊坡失穩(wěn)，必將會(huì)對(duì)周圍相關(guān)設(shè)施及人身和財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅，因此要高度重視巖土工程中邊坡的支護(hù)加固，根據(jù)邊坡高度、坡度、周邊環(huán)境及地質(zhì)條件等合理選擇邊坡加固方式[3]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，邊坡加固技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展，并逐步走向完善。

圖3 右岸壩頂以上邊坡地層結(jié)構(gòu)圖

圖4 右岸壩頂以上邊坡穩(wěn)定分析赤平投影圖