白龍江某水電站樞紐區(qū)順向河谷岸坡變形特征及其形成機(jī)理研究

程 巖，張文棟，劉艷領(lǐng)，慕煥東

(1.陜西地礦物化探隊(duì)有限公司, 陜西 西安 710032；2.西安市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站, 陜西 西安 710016;3.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 陜西 西安 710065;4.西安理工大學(xué) 巖土工程研究所, 陜西 西安 710048)

在高山峽谷地區(qū)進(jìn)行水電工程建設(shè)時(shí)因地質(zhì)條件復(fù)雜、河谷深切、地質(zhì)構(gòu)造作用突出，往往會(huì)存在的高陡岸坡，其不僅會(huì)影響工程選址，還對(duì)開(kāi)挖建造、工程運(yùn)營(yíng)不可避免產(chǎn)生影響，已成為大型流域水電工程建設(shè)面臨的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一。在水電工程樞紐區(qū)，邊坡變形穩(wěn)定除受復(fù)雜地質(zhì)條件控制外，還面臨開(kāi)挖、爆破、地震、降雨、泄洪霧化雨的多重潛在影響[1]。因此，水庫(kù)蓄水壩址區(qū)邊坡變形穩(wěn)定不可避免的會(huì)對(duì)水電工程產(chǎn)生困擾和制約影響，在大崗山、小灣、溪洛渡、白鶴灘、烏東德、錦屏一級(jí)等眾多大型水利水電工程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)邊坡變形會(huì)顯著影響庫(kù)區(qū)的安全穩(wěn)定[2-9]。順向河谷是順原始地面或構(gòu)造面發(fā)育的河谷，如在海濱傾斜平原、火山錐、背斜或向斜兩翼順巖層傾向中發(fā)育形成的河谷，在水電工程較為常見(jiàn)。順向河谷兩岸通常發(fā)育有典型的高陡層狀同向、層狀反向岸坡結(jié)構(gòu)；但因河流流向的局部變化，還會(huì)形成層狀橫向、層狀斜向岸坡結(jié)構(gòu)。當(dāng)水電工程樞紐區(qū)布置于順向河谷時(shí)，兩岸不同結(jié)構(gòu)的岸坡變形破壞也會(huì)呈現(xiàn)明顯差異，對(duì)工程會(huì)產(chǎn)生不同的潛在影響。

對(duì)于水電工程樞紐區(qū)岸坡變形穩(wěn)定，學(xué)者和工程技術(shù)人員長(zhǎng)期以來(lái)開(kāi)展了大量有益的分析研究和探索總結(jié)。王金龍等[2]采用有限元法模擬了霧化雨入滲條件下坡體飽和區(qū)范圍及壓力水頭的變化規(guī)律，研究表明隨著入滲補(bǔ)給量的持續(xù)增加，在阻水部位壓力水頭會(huì)逐漸升高；李韜等[3]利用離散元法分析了白鶴灘水電站左岸壩肩開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定性分析，研究表明左岸邊坡變形破壞與結(jié)構(gòu)面密切相關(guān)，在開(kāi)挖卸荷作用下主要表現(xiàn)為沿錯(cuò)動(dòng)帶的壓剪破壞和陡傾斷層的張拉破壞；鄧忠文等[4-5]通過(guò)對(duì)大崗山水電站關(guān)鍵工程地質(zhì)問(wèn)題的研究，查明了大崗山水電站的工程地質(zhì)條件，對(duì)關(guān)鍵工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)；林鋒等[6]分析了小灣河谷形成演化動(dòng)力學(xué)過(guò)程及機(jī)制，研究表明由于河谷形成過(guò)程中的卸荷作用及風(fēng)化作用，在不同層次和方向上易形成不同的邊坡結(jié)構(gòu)類(lèi)型；李攀峰等[7]以溪洛渡水電站為研究對(duì)象，對(duì)水利工程中岸坡坡治理、岸坡巖體質(zhì)量分類(lèi)、危巖體調(diào)查及處理進(jìn)行了較為系統(tǒng)地討論；李濱等[8]以金沙江下游烏東德水電站壩區(qū)右岸水墊塘高陡邊坡為例，研究了500 m高陡邊坡地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查識(shí)別與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)；李思瀅等[9]采用模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法對(duì)白鶴灘水電站順層巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究表明緩傾軟弱結(jié)構(gòu)面與陡傾裂隙相互切割形成潛在滑塊體，邊坡的破壞模式為順層的滑移-拉裂破壞；安曉凡等[10]在總結(jié)國(guó)內(nèi)外邊坡傾倒失穩(wěn)案例的基礎(chǔ)上，闡述了巖質(zhì)邊坡傾倒變形的分類(lèi)和破壞機(jī)理；劉金水等[11]通過(guò)分析黃河上游某水電站壩址區(qū)順層巖質(zhì)斜坡的變形破壞特征，初步探究其力學(xué)機(jī)理，研究表明順層巖質(zhì)斜坡的變形破壞模式為彎曲-傾倒；邱俊等[12]對(duì)層狀反傾和順傾邊坡傾倒變形形成條件及發(fā)育規(guī)模特征進(jìn)行了研究，表明順傾邊坡若發(fā)生傾倒，通常表現(xiàn)為坡高大于100 m，邊坡坡角大于35°，巖層傾角大于60°；反傾邊坡當(dāng)坡角大于30°及巖層傾角大于30°就可能發(fā)生傾倒；胡榮兵等[13]以某水電站左岸壩基為例，對(duì)壩基松弛機(jī)制進(jìn)行了研究，研究表明該水電站左岸壩基卸荷松弛現(xiàn)象是由爆破作用所產(chǎn)生的瞬時(shí)調(diào)整以及開(kāi)挖之后出現(xiàn)的時(shí)效性應(yīng)力調(diào)整兩者共同作用所導(dǎo)致；賀林林等[14]建立了岸坡穩(wěn)定性簡(jiǎn)化計(jì)算模型，提出了水位驟降影響下岸坡穩(wěn)定性簡(jiǎn)化分析方法；馬斌等[15]等對(duì)窄深河谷近壩庫(kù)區(qū)可能發(fā)生整體大體積滑坡工況進(jìn)行試驗(yàn)研究，表明庫(kù)區(qū)涌浪類(lèi)型屬于有限水深波，壩前相同位置的浪高和相位基本吻合；不同體積、速度和形狀下，涌浪波動(dòng)趨勢(shì)大致相同，滑塊入水體積變化對(duì)浪高影響更大。

上述學(xué)者對(duì)特定地質(zhì)環(huán)境條件下邊坡變形破壞的主導(dǎo)因素、變形機(jī)理、動(dòng)態(tài)發(fā)展、破壞模式等方面取得深入認(rèn)識(shí)。但研究成果多針對(duì)樞紐區(qū)單個(gè)重點(diǎn)邊坡開(kāi)展深入探討，對(duì)岸坡變形破壞差異、發(fā)育特征、分布規(guī)律的系統(tǒng)總結(jié)報(bào)道不多，而分析查明樞紐區(qū)岸坡變形破壞類(lèi)型、規(guī)模、分布差異是水電工程勘察階段一項(xiàng)極為重要的任務(wù)。

以白龍江某水電站為研究對(duì)象，對(duì)水電站樞紐區(qū)基本工程地質(zhì)條件進(jìn)行了全面分析，并對(duì)其岸坡結(jié)構(gòu)類(lèi)型、岸坡不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征進(jìn)行了研究，提出了岸坡變形破壞特征，從地形地貌、巖性特征、巖體結(jié)構(gòu)、岸坡應(yīng)力場(chǎng)等方面揭示了不同岸坡變形破壞模式差異成因機(jī)理，研究結(jié)果可為類(lèi)似工程提供借鑒。

1 工程地質(zhì)概況

白龍江流域某水電站位于甘肅省文縣境內(nèi)白龍江中游河段，以發(fā)電為主，壩型為混凝土面板堆石壩。該水電站大壩設(shè)計(jì)壩高111 m，壩頂高程805 m，正常蓄水位800 m時(shí)，庫(kù)容2.68億m3，總裝機(jī)容量240 MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量9.07億kW·h。水電站主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、右岸引水發(fā)電洞、泄洪排沙洞和左岸導(dǎo)流(溢洪)洞及右岸岸邊地面廠(chǎng)房等。水電站樞紐區(qū)屬于典型的高山峽谷地貌，河谷呈“V”型，平水期河水面高程700 m～710 m，水面寬約30 m～40 m，當(dāng)正常蓄水位800 m時(shí)，谷寬32 m，兩岸坡高約400 m，平均坡度42°～45°。樞紐區(qū)巖性較為單一，基巖為長(zhǎng)城系碧口群厚層狀變質(zhì)凝灰?guī)r，間夾砂質(zhì)板巖和泥質(zhì)板巖。巖層走向NW275°～300°，傾向SW，傾角45°～55°，走向與河流方向基本一致。凝灰?guī)r為厚層狀結(jié)構(gòu)，板巖為薄層-極薄層狀結(jié)構(gòu)。此外，在河床、各沖溝溝口、坡腳、岸坡等普遍分布有沖積、洪積、崩(坡)積和滑坡堆積的第四系松散堆積物等。

樞紐區(qū)位于碧口-太平川復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜北倒轉(zhuǎn)翼，巖層呈單斜構(gòu)造傾向左岸偏下游。斷層、裂隙可歸納為三組：①層面組：走向NW275°～300°，傾向SW，傾角40°～60°，185°～210°∠45°～55°，以順層斷層、層間擠壓帶為主；②NW組：走向NW305°～330°，傾向NE，傾角40°～60°，以小裂隙為主；③NE組：走向NE40°～70°，傾向NW(少量SE)，傾角50°～85°，長(zhǎng)大裂隙為主。其中①、③組是控制岸坡巖體穩(wěn)定的主要軟弱結(jié)構(gòu)面。

2 岸坡結(jié)構(gòu)與變形破壞特征

2.1 岸坡結(jié)構(gòu)特征

白龍江水電站在樞紐區(qū)上游以SW194°轉(zhuǎn)向SE130°流入，在樞紐區(qū)下游轉(zhuǎn)向NE53°流出，根據(jù)河流流向和巖層的交切關(guān)系，岸坡結(jié)構(gòu)主要分為四類(lèi)，分別為層狀同向結(jié)構(gòu)岸坡(Ⅰ)、層狀反向結(jié)構(gòu)岸坡(Ⅱ)、層狀橫向結(jié)構(gòu)岸坡(Ⅲ)、層狀斜向結(jié)構(gòu)岸坡(Ⅳ)，其中斜向結(jié)構(gòu)岸坡分為層狀斜向傾內(nèi)結(jié)構(gòu)(Ⅳ1)和層狀斜向傾外結(jié)構(gòu)(Ⅳ2)兩個(gè)亞類(lèi)，岸坡結(jié)構(gòu)在樞紐區(qū)的分布圖如1所示。

圖1 樞紐區(qū)結(jié)構(gòu)岸坡分布圖

由圖1并結(jié)合水電站勘察資料可知，岸坡結(jié)構(gòu)具有如下特征：

(1) 層狀同向結(jié)構(gòu)岸坡：分布于壩址左岸的壩軸線(xiàn)附近，長(zhǎng)680 m左右，岸坡高程706 m～1 176 m，平均坡度為40°～50°。

(2) 層狀反向結(jié)構(gòu)岸坡：發(fā)育有兩段，一段分布于右岸壩軸線(xiàn)上游740 m左右，長(zhǎng)680 m左右，岸坡高程720 m～1 020 m；另一段分布于壩址右岸的壩軸線(xiàn)附近，長(zhǎng)680 m左右，岸坡高程706 m～1 160 m。

(3) 層狀橫向結(jié)構(gòu)岸坡：分布于區(qū)內(nèi)三面臨空的半圓形凸起山梁的兩側(cè)，即河流呈“Ω”型蜿轉(zhuǎn)的岸段，由上至下共有五段：第一段位于壩址上游約900 m右岸凸起山梁的NW側(cè)，長(zhǎng)340 m左右，岸坡上陡下緩呈凹面型，平均坡度50°～55°；第二段位于壩址上游約500 m右岸凸起山梁的SE側(cè)，長(zhǎng)430 m左右，岸坡呈凸面型，平均坡度36°～48°；第三段位于三面臨空凸出山梁的NW側(cè)，與第二段隔岸相對(duì)，長(zhǎng)360 m左右，岸坡呈凹面型，平均坡度48°～55°；第四段位于左岸壩軸線(xiàn)所在的三面臨空凸出山梁的SE側(cè)，以分水嶺為界與第三背向而對(duì)，長(zhǎng)710 m左右，岸坡呈凸面型，平均坡度40°～46°；第五段位于右岸壩軸線(xiàn)下游，與第四段隔岸相對(duì)，長(zhǎng)約760 m，岸坡呈凹面型，平均坡度46°～52°。

(4) 層狀斜向結(jié)構(gòu)岸坡：分布于壩線(xiàn)下游的左、右兩岸，根據(jù)巖層傾向與岸坡走向的關(guān)系，又劃分為層狀斜向傾內(nèi)邊坡與層狀斜向傾外邊坡兩個(gè)亞類(lèi)。層狀斜向傾內(nèi)邊坡位于壩線(xiàn)下游的右岸，岸坡處于凸岸段，長(zhǎng)590 m左右，坡面總體呈凸型坡，平均坡度52°～58°，局部為近直立的陡崖。層狀斜向傾外邊坡在區(qū)內(nèi)出露兩段且均位于白龍江左岸的凹岸部位，第一段分布于上壩線(xiàn)附近，岸段長(zhǎng)350 m左右，岸坡呈凹型坡，平均坡度40°～56°，第二段分布于下壩線(xiàn)附近，岸段長(zhǎng)660 m左右，平均坡度38°～50°，坡面上陡下緩略具凹面特征。

2.2 岸坡不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

圖1所示樞紐區(qū)廣泛發(fā)育有水庫(kù)蓄水誘發(fā)不良地質(zhì)災(zāi)害(如滑坡、變形松動(dòng)體、傾倒體)。通過(guò)對(duì)樞紐區(qū)庫(kù)岸40處不良地質(zhì)災(zāi)害(3處滑坡、2處變形體、11處傾倒體、24處松動(dòng)體)進(jìn)行分析，可以得到樞紐區(qū)岸坡不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征如下：

(1) 從結(jié)構(gòu)岸坡類(lèi)型看，樞紐區(qū)層狀同向結(jié)構(gòu)岸坡、層狀反向結(jié)構(gòu)岸坡、層狀橫向結(jié)構(gòu)岸坡及層狀斜向結(jié)構(gòu)岸坡均發(fā)育有不良地質(zhì)災(zāi)害。

(2) 從不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)模看，左岸發(fā)育11處，右岸發(fā)育29處；大規(guī)?；隆⒆冃误w發(fā)育5處，均分布在左岸；傾倒、松動(dòng)體以小型為主(32處)，個(gè)別中型(3處)，均分布在右岸。

(3) 從不良地質(zhì)體發(fā)育條件看，大規(guī)?；隆⒆冃误w以同向和斜向結(jié)構(gòu)岸坡為主，傾倒體以反向結(jié)構(gòu)岸坡為主，松動(dòng)體以斜向內(nèi)傾、反向結(jié)構(gòu)岸坡為主，少量為橫向結(jié)構(gòu)岸坡。

2.3 岸坡變形破壞模式及其影響因素

依據(jù)岸坡不良地質(zhì)災(zāi)害特征，可概化樞紐區(qū)內(nèi)岸坡破壞模式為剪切—滑移型、傾倒彎曲型、拉裂型。

2.3.1 剪切—滑移型破壞模式

根據(jù)滑移控制面的不同，可進(jìn)一步分為平面剪切—滑移型和楔體剪切—滑移型兩種。

(1) 平面剪切—滑移型。平面剪切滑移在順層狀同向結(jié)構(gòu)岸坡中最為典型。對(duì)于巖層傾角大于岸坡坡角的情況，坡腳遭受侵蝕或開(kāi)挖切腳時(shí)，巖層通常會(huì)沿揭露的層面產(chǎn)生滑移。此外，當(dāng)岸坡中存在中、陡傾外結(jié)構(gòu)面走向與坡向平行且傾角小于坡角時(shí)，也容易產(chǎn)生該類(lèi)變形破壞。該類(lèi)變形破壞模式的發(fā)育在很大程度上取決于側(cè)向臨空面或側(cè)向裂隙的切割狀況，當(dāng)側(cè)向臨空條件較差或無(wú)較大的側(cè)向裂隙切割時(shí)，即使由于坡腳開(kāi)挖而導(dǎo)致巖體層面或傾外結(jié)構(gòu)面出露地表，也不會(huì)產(chǎn)生剪切滑移，圖2(a)、圖2(b)分別為層面控制型滑移和傾外結(jié)構(gòu)面控制型滑移。

(2) 楔體剪切—滑移型。楔體剪切滑移主要受兩組傾坡外結(jié)構(gòu)面的控制，兩組傾向坡外的節(jié)理組相互交切或?qū)用媾c一組傾向坡外節(jié)理組交切后與臨空面組合可形成楔形體，若其交線(xiàn)的傾角小于天然坡角時(shí)，此時(shí)楔形體可能沿結(jié)構(gòu)面交線(xiàn)產(chǎn)生剪切滑移破壞(見(jiàn)圖3)。

圖2 平面剪切—滑移型變形破壞模式

圖3 楔體剪切-滑移型變形破壞模式

2.3.2 傾倒彎曲型變形破壞模式

傾倒彎曲型變形破壞發(fā)育在邊坡坡度較陡或臨空條件較好的情況下，特別是在三面臨空時(shí)(見(jiàn)圖4(a))。薄層狀板巖在上覆巖體厚度較大時(shí)或處于邊坡中下部時(shí)也容易產(chǎn)生該類(lèi)變形破壞(見(jiàn)圖4(b))。

圖4 傾倒彎曲型變形破壞模式

2.3.3 拉裂型變形破壞模式

拉裂型變形破壞主要受臨空條件及與臨空面走向近于一致的結(jié)構(gòu)面控制，其特點(diǎn)是在斜坡應(yīng)力場(chǎng)作用下產(chǎn)生垂直走向與臨空面一致的節(jié)理的張開(kāi)變形(見(jiàn)圖5(a))。此外，受層面控制的傾倒巖體中也存在拉裂變形(見(jiàn)圖5(b))，其在各種岸坡結(jié)構(gòu)類(lèi)型中均有分布，但以反向和斜向內(nèi)傾岸坡段為主。

2.3.4 影響岸坡變形破壞模式的影響因素

(1) 地形地貌的影響。樞紐區(qū)左岸以層狀同向結(jié)構(gòu)岸坡、層狀斜向外傾結(jié)構(gòu)岸坡為主，地形的形成總體受較大層間斷層、擠壓帶的控制。形成岸坡坡面相對(duì)平順，坡度略緩于控制性結(jié)構(gòu)面傾角，突兀地形少。但受河流流向和河谷下切影響，同向結(jié)構(gòu)岸坡段形成凸岸地形，反向內(nèi)傾結(jié)構(gòu)岸坡段在河谷沖溝切割下形成山梁地形。凸岸與山梁地形為層間擠壓夾層或軟弱帶的自由滑移提供了自由邊界，為岸坡發(fā)生平面剪切—滑移型、楔形剪切—滑移型破壞模式提供給了有利條件。

圖5 拉裂型變形破壞模式

右岸以橫向結(jié)構(gòu)岸坡、反向結(jié)構(gòu)岸坡和斜向內(nèi)傾結(jié)構(gòu)岸坡為主，坡度明顯陡于左岸。河谷形成過(guò)程中，由于頻繁而活躍的風(fēng)化、卸荷等淺表生作用，岸坡逐漸形成較為小規(guī)模的陡峭、突兀的山梁。右岸岸坡的結(jié)構(gòu)使其不易發(fā)生大型滑移變形，但因地形具有良好的臨空條件，易發(fā)生傾倒、拉裂變形。

(2) 巖性特征的影響。樞紐區(qū)巖性單一，以堅(jiān)硬的中厚層變質(zhì)凝灰?guī)r為主，間夾少量薄層的砂質(zhì)板巖。砂質(zhì)板巖因強(qiáng)度低、層薄、抗風(fēng)化能力弱，構(gòu)成了天然的層間軟弱帶。對(duì)于岸坡變形破壞的形成和發(fā)育，砂質(zhì)板巖的潛在影響來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，一是作為潛在滑移面，其二是易彎曲變形為傾倒提供軟弱基座。

薄層砂質(zhì)板巖夾于厚層凝灰?guī)r之間，形成的層間軟弱帶。在同向或斜向外傾結(jié)構(gòu)岸坡中，砂質(zhì)板巖夾層為順坡向傾向，在坡體變形過(guò)程中，該夾層既可作為底滑面使岸坡發(fā)生順層剪切—滑移破壞，也可作為楔形體的一組控制結(jié)構(gòu)面，與其他結(jié)構(gòu)面共同作用，使岸坡發(fā)生楔形剪切—滑移破壞。

在軟硬相間巖層的反向或斜向內(nèi)傾坡體結(jié)構(gòu)岸坡中，軟弱巖層在上覆巖層重力作用下，砂質(zhì)板巖發(fā)生彎曲變形，為上覆堅(jiān)硬厚層凝灰?guī)r變形提供了良好的軟弱基座條件。隨著砂質(zhì)板巖彎曲、折斷，凝灰?guī)r因而向臨空側(cè)傾倒。

(3) 巖體結(jié)構(gòu)面的影響。巖體結(jié)構(gòu)面對(duì)巖質(zhì)邊坡的變形破壞具有控制性作用。如前所述，走向NW275°～300°，傾向SW的①組和走向NE40°～70°，傾向NW的③組是兩組控制性結(jié)構(gòu)面。其中，①組結(jié)構(gòu)面對(duì)同向結(jié)構(gòu)和斜向外傾結(jié)構(gòu)岸坡變形破壞起控制作用，③組結(jié)構(gòu)面則是反傾結(jié)構(gòu)、橫向結(jié)構(gòu)、斜向傾內(nèi)結(jié)構(gòu)岸坡變形破壞的控制結(jié)構(gòu)面?？傮w上，控制性結(jié)構(gòu)面規(guī)模、數(shù)量差異，是導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)岸坡破壞模式、規(guī)模及分布存在明顯差異的主要原因。

①組控制結(jié)構(gòu)面為層間斷層、層間擠壓帶，多屬于Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面，少量為Ⅱ結(jié)構(gòu)面。該組結(jié)構(gòu)面延伸一般達(dá)數(shù)百米，結(jié)構(gòu)面寬度由0.5 m至3 m～5 m，連通性好，貫穿局部山體。其中，斷層帶中多有軟弱充填物，較大范圍山體的穩(wěn)定性具有控制作用。在壩址左岸滑坡體中，斷層帶是作為底部滑移面控制變形破壞的；而在其他兩處滑坡中，則是作為楔形體的切割面發(fā)揮控制作用。

③組控制結(jié)構(gòu)面多為長(zhǎng)大裂隙，以Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面為主。該組結(jié)構(gòu)面延伸數(shù)米至數(shù)十米，連通性差，對(duì)局部巖體具有較強(qiáng)的切割作用，但多受兩側(cè)巖體的約束，控制局部塊體的穩(wěn)定性。該組裂隙結(jié)構(gòu)面主要對(duì)反傾結(jié)構(gòu)、橫向結(jié)構(gòu)、斜向傾內(nèi)結(jié)構(gòu)岸坡變形起控制作用。相對(duì)而言，裂隙密度大、規(guī)模小，在三類(lèi)岸坡結(jié)構(gòu)主要作為切割結(jié)構(gòu)面對(duì)傾倒、松動(dòng)變形破壞起控制作用。

3 岸坡結(jié)構(gòu)變形破壞形成機(jī)理分析

根據(jù)地應(yīng)力反演分析確定壩址位置的河谷岸坡應(yīng)力條件，模擬河谷形成過(guò)程的應(yīng)力變形特征，分析岸坡結(jié)構(gòu)變形破壞形成機(jī)理。建立的河谷形成過(guò)程中谷坡應(yīng)力狀態(tài)的模型如圖6所示。

圖6 數(shù)值模擬模型

數(shù)值模擬結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，樞紐區(qū)河谷段的最大主應(yīng)力方向與河流近平行，大主應(yīng)力σ1達(dá)到10 MPa左右，小主應(yīng)力σ3為4.6 MPa。表明河谷形成后，左岸同向結(jié)構(gòu)岸坡卸荷應(yīng)力(負(fù)值)分布連續(xù)，在界面外的岸坡表層卸荷應(yīng)力達(dá)到7 MPa～8 MPa，界面以?xún)?nèi)坡體卸荷應(yīng)力0.9 MPa～1.7 MPa，左岸順向斜坡的位移矢量的趨勢(shì)在坡表呈彎曲形狀，谷坡向臨空面的變形量大，且在前緣剪出部位有明顯的減小，其變形差異是導(dǎo)致剪出口形成，變形破壞模式為剪切—滑移型。右岸反向結(jié)構(gòu)的岸坡局部最大卸荷應(yīng)力約6 MPa～8 MPa，卸荷應(yīng)力分布不連續(xù)，卸荷范圍小于左岸且集中在局部，變形破壞模式為傾倒彎曲型及拉裂型(見(jiàn)圖8)。

圖7 河谷兩岸卸荷應(yīng)力、卸荷回彈變形

圖8 岸坡水平位移矢量圖

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)白龍江某水電站樞紐區(qū)順向河谷岸坡變形破壞特征及其形成機(jī)理研究，得出以下主要結(jié)論：

(1) 順向河谷中，發(fā)育有層狀同向結(jié)構(gòu)岸坡、層狀反向結(jié)構(gòu)岸坡、層狀橫向結(jié)構(gòu)岸坡及層狀斜向結(jié)構(gòu)岸坡4種類(lèi)型。

(2) 左岸不良地質(zhì)災(zāi)害分布密度小但發(fā)育有大規(guī)模滑坡和變形體，右岸同不良地質(zhì)災(zāi)害分布密度大但多為小型傾倒體和松動(dòng)體。

(3) 樞紐區(qū)內(nèi)岸坡呈現(xiàn)出剪切—滑移型、傾倒彎曲型、拉裂型變形破壞特征；岸坡結(jié)構(gòu)變形破壞受岸坡地形地貌、巖性特征、巖體結(jié)構(gòu)面顯著影響。

(4)左岸順向斜坡的位移矢量的趨勢(shì)在坡表呈彎曲形狀，右岸卸荷范圍小且集中在局部，左岸變形破壞模式為剪切—滑移型，右岸變形破壞模式為傾倒彎曲型及拉裂型。