某水电站坝后开挖边坡破坏边界分析

张凤，聂德新

（1.北京吉利学院理工学院，北京 102202；2.成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059）

顺层岩质边坡是工程上最为关注的边坡类型，在工程上顺层边坡的稳定问题突出，尤其是水电站等重大工程，多位于深山峡谷中，边坡高、陡，地势险峻，工程开挖量巨大，对顺层边坡的稳定性影响也更为显著。

自然斜坡的变形破坏是在长期地质史演化过程中形成的，是一定坡体结构在特定边界条件下的产物，研究斜坡变形破坏的控制性边界是稳定分析的前提和基础［1－3]，尤其是在软硬相间、开挖规模较大的顺层斜坡中，对控制性边界的准确确定提出了更高的要求［4－5]。

某水电站左岸坝后顺层边坡高度400 m余，边坡岩性为砾岩、砂岩、泥岩软硬相间，且开挖边坡坡脚揭露有缓倾断层。边坡开挖过程中曾有过变形、拉裂，此段边坡的稳定性直接关系到电站厂房施工期及运行期的安全。为此，深入研究大坝左岸边坡稳定性分析评价的边界条件，具有重要的实际工程意义。

1 工程地质概况

某水电站位于金沙江中游河段，坝型为混凝土重力坝和土石坝组成：左岸、河床、右岸低高程的部位均为混凝土重力坝，右岸中高高程为土石坝。电站正常蓄水位1 134 m，库容约20.72×108m3，电站装机3 000 MW。坝址岩性为中生代侏罗系蛇店组砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩互层分布。

左岸坝后顺层边坡不仅高度大（430 m）、有软岩、溶蚀岩体分布，而且坡脚有缓倾断层。现场调查表明，坝后边坡范围内岩层倾向范围为94°～130°，倾角范围为33°～69°，优势产状为126°∠76°；边坡平均方位为N86°～89°E，坡度20°～35°，优势产状88°∠25°，利用层面与坡面的优势产状绘制关系图，如图1所示。从图中可以看出，研究区边坡为纵向谷，工程斜（边）坡范围内岩层走向与河谷走向的交角较小，与河流交角约为13°，属于层状边坡亚类中的层状顺向结构。

图1 某水电站坝后高边坡岩层与边坡关系

2 边坡破坏的边界条件分析

根据现场调查成果，坝后边坡地段开挖揭露了一条规模较大的断层，产状平缓，这一断层的发育对边坡稳定性产生了较大的影响，本文主要根据实际测量的数据，对断层、层间挤压带等弱带开展空间分析，研究开挖边坡的破坏边界。

2.1 开挖揭露的平缓断层展布特征

左岸开挖至1 020～1 010 m高程初次揭露的平缓断层F1（图2），断层破碎带宽度40～50 cm，为断层泥、细角砾，产状281°∠29°，倾下游偏左岸山内。后期在开挖面多处地段出露。

图2 1 010 m平台揭露平缓断层F1

测量获得开挖面各部位平缓断层的坐标、产状等基本信息，见表1。表中数据反映了断层弯曲起伏的特征。利用实际测量获得断层基本信息，在AUTOCAD中建立断层空间展布的三维模型（图3）。根据建立的三维模型，获得F1平缓断层在开挖边坡的发育位置。

表1 平缓断层F1实测坐标及产状信息数据

图3 F1平缓断层空间展布模型

对建立的三维模型进行剖切分析，可以获得F1平缓断层坝后边坡的分布位置。图4为近河床处F1的分布位置。

断层在坝后边坡将从地表延伸至坡内，尽管断层倾向坡内偏下游，倾向方向对边坡的稳定性有利，但因其倾角较缓，在如此高陡的开挖边坡中，有构成底滑面可能，因此应分析平缓断层F1与其他弱面或长大结构面的组合特征。

2.2 顺层边坡中层间挤压带发育特征

图4 平缓断层F1剖面展布特征

边坡所在区域为软硬相间互层分布的层状岩体，组成物质为较软泥质物的层间挤压带发育，因层面较陡，且为顺层边坡，因此层间挤压带可以形成后缘拉裂面，与底部平缓断层组合，形成滑移边界。

现场测量结果表明，开挖边坡中平行发育6条层间挤压带，测量其出露点坐标及产状信息，建立空间模型，获得层间挤压带的空间展布特征（图5）。

图5 层间挤压带展布及与F1断层组合关系

2.3 以断层和层间挤压带为边界的稳定性计算结果

根据前面分析的组合边界，利用刚体极限平衡计算软件，根据试验获得的强度参数，针对边坡不同部位挤压带与断层的组合情况，分别计算不同组合状态下所形成的不稳定块体的稳定性系数。仅列出发育深度最大的第六条错动带与平缓断层的计算结果（图6）。

计算结果表明，上述边界条件下地震工况下边坡稳定性系数最小，量值为1.597，边坡稳定性较好，在不利工况下仍保持稳定状态。

图6 第六条挤压带与F1断层组合计算模型

3 结论

本文根据开挖边坡揭露的平缓断层及层间挤压带，分析了平缓断层与6条层间挤压带的空间展布特征，以及相互见组合形成的破坏边界。根据确定的边界开展了稳定性计算分析工作，计算结果表明，边坡在特定边界不利工况下稳定性系数最小值为1.597，边坡稳定性较好。

［1]周德培，钟卫，杨涛.基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析［J].岩石力学与工程学报，2008，27（4）：687－695.

［2]罗瓒锦.岩质边坡破坏模式初探［J].广东公路交通，2001，（7）：11－14.

［3]李树森，任光明，左三胜.层状结构岩体失稳机理的力学分析［J].地质灾害与环境保护，1995，6（2）：24－29.

［4]严明，陈剑平，黄润秋，等.岩质边坡滑移－弯曲破坏中间状态的工程地质分析［J].水利水电技术，2005，36（11）：41－44.

［5]刘红星，苏爱军，王永平.软弱夹层对斜坡稳定性的影响分析［J].武汉理工大学学报，2004，25（2）：766－770.