永壽寺巖質邊坡穩定性分析評價

周光明，張景順，劉亞新，杜高怡，徐 旭，馮建明

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，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區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，場地下方兩側為巖質高陡邊坡。磽磧水電站水庫正常蓄水位高程2 140 m，死水位高程2 060 m，寺廟主要建筑物基礎高于水庫正常蓄水位高程18～30 m。磽磧水庫于2006年底開始蓄水，在經歷幾次庫水位升降變化之后，在庫水位變幅范圍內出現了多處小規模坍岸。為確保永壽寺在水庫運行期間的長期安全，有必要對其場地邊坡穩定性做出評價。

2 邊坡工程地質條件

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。場地兩側巖質邊坡陡峻(圖1、2)，泥巴溝側坡坡度為37°～53°，坡高約80 ～90 m，咔日溝側坡坡度為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)粉砂質千枚巖偶夾薄層粉砂巖組成，巖性軟弱，薄層狀結構，受構造作用影響，巖層揉皺強烈，巖層總體產狀N30°～70°E/NW∠50°～80°，與山脊大角度相交且傾向山內。除層面外，節理裂隙多短小。勘探揭示，巖體強風化水平深度20～35 m(局部見0.5～1 m厚全風化巖體)，弱風化水平深度45～55 m;強卸荷水平深度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 永壽寺地質平面圖

圖2 永壽寺橫I地質剖面圖

3 邊坡穩定性分析與評價

為論證水庫蓄水后永壽寺建筑場地下方兩側邊坡的穩定性，在宏觀定性分析的基礎上，分別采用赤平極射投影法和極限平衡法進行了邊坡穩定性分析計算。

3.1 穩定性宏觀分析

條形山脊兩側邊坡大多覆蓋厚約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，加上植物根系的穩固作用，磽磧電站水庫蓄水前未出現任何變形失穩現象，天然狀態下穩定性好。但水庫蓄水至今，受庫水浸泡、淘蝕及庫水位驟降等影響，先后出現了7處小型坍岸，坍岸全部發生在水庫正常蓄水位以下的庫水位變幅區，坍岸底滑面均位于覆蓋層底部或全風化千枚巖內部，坍岸體積為300～3 000 m3不等，坍岸不影響邊坡的整體穩定性。

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成，千枚巖巖性軟弱，具薄層狀結構，除層面發育外，其它節理裂隙多短小。根據巖質邊坡結構分類，泥巴溝側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，無順坡向軟弱結構面和貫穿性結構面分布，宏觀判斷條形山脊整體穩定。

3.2 赤平極射投影分析

根據條形山脊兩側邊坡坡面的走向、地形坡度與巖體中結構面的空間組合關系，運用赤平極射投影方法，選擇具代表性的橫I剖面在泥巴溝側坡和咔日溝側坡各選擇1個典型部位進行邊坡穩定性分析。

泥巴溝側坡坡面傾向近正南，傾角約40°。巖層產狀 N45°～65°E/NW∠55°，隨機分布的 1組短小裂隙產狀為 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°，為層狀反向結構邊坡，抗滑穩定性好，淺表層千枚巖傾倒變形現象普遍。層面(J)與裂隙面(J1)組合交線緩傾坡外，傾角約29°，對穩定不利，但由于裂隙面(J1)短小且不發育，僅個別部位存在小型楔形體滑移的可能。

咔日溝側坡坡面傾向約N20°E，傾角約40°。巖層產狀 N60°～65°E/NW∠75°～80°，隨機分布2 組短小裂隙 J1、J2，J1產狀為 N67°E/NW∠60°，J2產狀為 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°，為層狀斜向結構邊坡，層面傾角遠大于自然坡角，邊坡穩定性較好。層面(J)與裂隙面(J2)組合交線傾向坡內，傾角約68°，不會產生塊體滑移。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，產生塊體滑移的可能性小。

圖3 泥巴溝側邊坡橫I剖面坡段赤平投影分析圖

圖4 咔日溝側邊坡橫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行邊坡穩定性分析計算，考慮天然狀態(蓄水前)、蓄水至正常蓄水位以及水庫正常蓄水位疊加地震3種工況，計算軟件采用中國水利水電科學研究院編制的《巖質邊坡穩定分析程序－EMU2007》，計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育外，其它裂隙均短小且分布隨機，無長大的順坡向結構面分布，同時考慮到風化卸荷程度不同的千枚巖巖體在完整性、結構面抗剪強度、透水性等方面工程特性差異較大，因此，假設滑裂面分別沿巖體傾倒變形下限、強卸荷下限、強風化下限進行計算，依據試驗成果并類比磽磧水電站壩址區巖體物理力學試驗成果所選取的計算參數選取見表1。

表1 邊坡穩定性計算參數表

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

圖5 滑裂面沿傾倒變形下限時的穩定性計算模型及計算結果

圖6 滑裂面沿強卸荷下限時的穩定性計算模型及計算結果

圖7 滑裂面沿強風化下限時的穩定性計算模型及計算結果

表2 邊坡穩定性計算成果表

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

4 結論

永壽寺建筑物場地兩側均為巖質高陡邊坡，泥巴溝側坡為層狀反向～層狀斜向邊坡，咔日溝側坡為層狀同向～層狀橫向邊坡，受千枚巖巖性軟弱且巖層傾角較陡影響，巖體傾倒變形明顯，個別部位受不利結構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算均表明巖質邊坡整體穩定。由水庫蓄水引起的小規模淺表層坍岸均位于正常蓄水位以下的庫水位變幅區，沿覆蓋層底部或全風化千枚巖內部發生，不影響巖質邊坡的整體穩定。