巖質(zhì)高邊坡裂縫成因分析

崔華麗，費(fèi)文平，張國(guó)強(qiáng)

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065）

巖質(zhì)高邊坡裂縫成因分析

崔華麗，費(fèi)文平，張國(guó)強(qiáng)

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065）

巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性直接影響到水電站建設(shè)的順利進(jìn)行。西南某水電站右岸高邊坡巖體卸荷深度大，巖脈、斷層、裂隙發(fā)育，且施工開(kāi)挖規(guī)模大，邊坡在施工過(guò)程中出現(xiàn)了大量裂縫，對(duì)后續(xù)施工和運(yùn)行期的穩(wěn)定性產(chǎn)生極其不利的影響。針對(duì)該水電站巖質(zhì)高邊坡出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，結(jié)合該邊坡的地質(zhì)資料、監(jiān)測(cè)成果及施工情況，綜合分析了邊坡出現(xiàn)裂縫的原因，并提出了相應(yīng)的工程治理措施，對(duì)類似工程的勘探、監(jiān)測(cè)分析和工程治理具有一定的參考價(jià)值。

巖質(zhì)邊坡；裂縫成因；安全監(jiān)測(cè)

1 概 述

巖質(zhì)高邊坡是山區(qū)工程建設(shè)中的主要地質(zhì)環(huán)境載體。在中國(guó)西南地區(qū)高邊坡問(wèn)題幾乎成為重大工程建設(shè)的首要地質(zhì)和巖石力學(xué)問(wèn)題，極大影響著工程建設(shè)的可行性和運(yùn)行效益。巖質(zhì)高邊坡開(kāi)挖暴露面積大，邊坡高陡，斷層、節(jié)理、軟弱夾層發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，嚴(yán)重影響其施工期及運(yùn)行期的穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者［1］對(duì)巖質(zhì)高邊坡的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行了有益的探討。

高邊坡裂縫不僅種類繁多，形態(tài)各異，而且在巖體工程領(lǐng)域中是一個(gè)相當(dāng)普遍的問(wèn)題。裂縫會(huì)降低坡體的穩(wěn)定性和耐久性，甚至還會(huì)導(dǎo)致整體滑坡的重大事故［2－8］。由此可見(jiàn)，高邊坡裂縫的形成、發(fā)展、治理，對(duì)工程的進(jìn)度、造價(jià)產(chǎn)生了較大影響，因此，深入分析裂縫成因、采取有效的治理措施是十分必要的。

本文依托西南某水電站巖質(zhì)高邊坡工程，結(jié)合該邊坡的地質(zhì)資料，施工期多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)成果，及施工情況，綜合分析了邊坡出現(xiàn)裂縫的原因，并提出了對(duì)應(yīng)的工程治理措施，對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值。

2 裂縫簡(jiǎn)介及監(jiān)測(cè)儀器布置

2.1 工程簡(jiǎn)介

某水電站是四川省西部大渡河干流近期開(kāi)發(fā)的大型水電工程之一，壩址區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，地應(yīng)力較高，巖體卸荷及風(fēng)化強(qiáng)烈。自然坡度一般40°～65°，相對(duì)高差一般在600 m以上。

右岸1 220 m高程以上自然坡度為35°～40°，地形較緩，地表基本上為崩坡積層所覆蓋，水平厚度為10～20 m，垂直厚度10～15 m；1 220 m高程以下自然坡度一般40°～50°，谷坡陡峻，基巖裸露，相對(duì)高差一般在600 m以上，地形較為完整。邊坡基巖巖性為灰白色、微紅色中粒黑云二長(zhǎng)花崗巖，局部出露輝綠巖脈（β），花崗細(xì)晶巖脈等，據(jù)勘探揭示：右岸發(fā)育有β5（F1），γL5，β85，β62，β117（f78），β43，β8（f7），XL9－15，XL316－1，β146，f65，f242（f243），f231，f119，β82（f74），β73（f118），β142，β219等主要巖脈、斷層、卸荷裂隙密集帶；河床發(fā)育有β88，β144，β145等主要巖脈，節(jié)理裂隙主要發(fā)育有6組。由于發(fā)育有大量的巖脈破碎帶、小斷層、節(jié)理裂隙等，該電站右岸邊坡局部存在結(jié)構(gòu)面的不利組合，從而影響邊坡的局部穩(wěn)定性。

2.2 邊坡裂縫概況

右岸1 135 m以下邊坡于2009年2月開(kāi)始爆破施工，10月右岸停止下挖，在此期間右岸邊坡共出現(xiàn)3次較大的變形。

（1）2009年5月3日裂縫，右岸1 124～1 127 m高程已掛網(wǎng)噴混凝土封閉的邊坡上出現(xiàn)裂縫，裂縫呈斷續(xù)延伸，表現(xiàn)為3段裂縫區(qū)，裂縫張開(kāi)4～7 cm。

（2）2009年8月16日，右岸1 075～1 092m高程邊坡出現(xiàn)裂縫，共4條：裂縫L2－1，L2－2張開(kāi)0.1～0.2 cm，延伸長(zhǎng)4～6 m，為橫向縫；裂縫L2－3沿輝綠巖脈β62上界面，張開(kāi)1.5～2 cm，延伸長(zhǎng)約10 m；裂縫L2－4張開(kāi)0.1～0.3 cm，延伸長(zhǎng)約6.3 m。

（3）2009年9月1日下午2：10左右，右岸1 135～1 165 m高程邊坡出現(xiàn)裂縫，為豎向縫，裂縫沿β219輝綠巖脈展布，另外在高程1 100～1 135 m邊坡也發(fā)現(xiàn)有裂縫出現(xiàn)，裂縫情況如圖1。

圖1 右岸裂縫圖Fig.1 Cracks of right bank

3 裂縫成因分析

右岸1 040～1 135 m高程地質(zhì)條件較差部位布置了4套四點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)和3套測(cè)斜管，多點(diǎn)位移計(jì)4個(gè)測(cè)點(diǎn)的深度為：5，13，25，39 m，測(cè)斜管監(jiān)測(cè)深度均為39 m。監(jiān)測(cè)儀器的儀器布置圖參見(jiàn)圖2，其它剖面與剖面4類似，儀器安裝情況見(jiàn)表1。

圖2 監(jiān)測(cè)布置剖面圖（監(jiān)測(cè)剖面4）Fig.2 Profile ofmonitoring instruments arrangement

3.1 變形監(jiān)測(cè)成果分析

裂縫區(qū)域的監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)成果如圖3至圖7和表2至表3，其中多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值-時(shí)間曲線形態(tài)相似，測(cè)斜管IN5，IN7孔口位移-深度曲線相似，本文選取多點(diǎn)位移計(jì)和測(cè)斜管IN6，IN7測(cè)值曲線圖加以詳細(xì)分析，多點(diǎn)位移計(jì)和測(cè)斜管IN5的測(cè)值在表2、表3中均已列出。

表1 監(jiān)測(cè)儀器安裝統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistics ofmonitoring instruments

圖3 多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值-時(shí)間過(guò)程線Fig.3 Displacement-time curves of

圖4 多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值-時(shí)間過(guò)程線Fig.4 Displacement-time curves of

從圖2至圖4及表2可以看出：

（1）多點(diǎn)位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)的變形基本保持一致，測(cè)值-時(shí)間曲線表現(xiàn)為臺(tái)階式上升，變形均表現(xiàn)為向坡外的正位移，且位移量值較大。

（2）測(cè)值-時(shí)間曲線揭示出坡體變形主要集中在6月下旬到8月中旬，這與此時(shí)間段爆破及施工開(kāi)挖強(qiáng)度大密不可分；9月中旬，右岸邊坡停止下挖開(kāi)始全面支護(hù)，各監(jiān)測(cè)儀器測(cè)值變化量也逐漸趨于平穩(wěn)。

表2 多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值統(tǒng)計(jì)表Table2 Displacement by multi-point displacement M eter

圖5 測(cè)斜孔IN6孔深-位移曲線Fig.5 Displacement-depth curves of IN6

圖6 測(cè)斜孔IN7孔深-位移曲線Fig.6 Displacement-depth curves of IN7

（4）各多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果反映出的較弱結(jié)構(gòu)面與地質(zhì)勘測(cè)得出的結(jié)果基本保持一致，說(shuō)明右岸邊坡的監(jiān)測(cè)方案基本是可以監(jiān)測(cè)到軟弱結(jié)構(gòu)面的。

施工期測(cè)斜管IN6，IN7的監(jiān)測(cè)成果分析如圖5至圖7和表3，本文選取測(cè)斜管A向位移即向河床方向的位移進(jìn)行分析。

圖7 測(cè)斜孔IN6和IN7位錯(cuò)－時(shí)間曲線Fig.7 Dislocation-time curves of IN6and IN7

表3 測(cè)斜管揭示出的軟弱帶情況統(tǒng)計(jì)Table3 Weak belts revealed by inclinometer tube

從圖5至圖7可以得出：

（1）盡管各測(cè)斜孔所處位置不同，其孔口位移大小也有所差異，但是測(cè)斜管監(jiān)測(cè)成果均反應(yīng)出右岸邊坡存在明顯的剪切變形。

（2）各測(cè)斜管孔深-位移曲線形態(tài)基本保持一致，由圖7可以得出右岸邊坡已產(chǎn)生較大的滑動(dòng)變形，滑帶之間的錯(cuò)動(dòng)主要發(fā)生在7月15日至9月1日期間，深部滑動(dòng)面的位錯(cuò)滑移屬于典型的結(jié)構(gòu)面控制型滑動(dòng)變形，IN6測(cè)斜管8月15日1 092 m高程測(cè)點(diǎn)測(cè)值相對(duì)8月5日增加了3.28 mm，8月16日現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)裂縫，停止下挖全面支護(hù)期間，位錯(cuò)-時(shí)間曲線變化平穩(wěn)，觀測(cè)成果及時(shí)地反映了工程的現(xiàn)場(chǎng)情況。

3.2 地質(zhì)條件

由于河流下切引起岸坡應(yīng)力調(diào)整，右岸邊坡淺表部受地質(zhì)改造作用，開(kāi)挖引起巖體卸荷，其破壞形式主要表現(xiàn)為滑移－拉裂變形、蠕滑－拉裂變形，局部可能會(huì)產(chǎn)生崩塌破壞。

右岸邊坡坡體內(nèi)發(fā)育有多條巖脈破碎帶、卸荷裂隙密集帶和多條斷層（如圖1）。巖脈β85延伸長(zhǎng)約200 m，產(chǎn)狀N0°－10°W／SW＜60°～70°上游邊坡出露長(zhǎng)約150 m，下游邊坡出露長(zhǎng)度約50 m，厚度2～3m，巖脈呈鑲嵌－塊裂結(jié)構(gòu)，與圍巖主要呈裂隙式接觸；輝綠巖脈β62延伸長(zhǎng)約240 m，產(chǎn)狀N10°－35°W／SW＜60°～80°，在EL 1 130～1 070m之間上游邊坡出露長(zhǎng)約50 m，厚度2～3 m，巖塊裂結(jié)構(gòu)；輝綠巖脈β219產(chǎn)狀N78°W／NE＜64°～87°，寬約1.3 m，碎裂－塊裂結(jié)構(gòu)，與花崗巖上接面為裂隙式、下接面斷層式；斷層f231延伸長(zhǎng)約80 m，破碎帶寬約7～30 cm，由破裂巖、角礫巖、碎粉巖組成，產(chǎn)狀為SN／40°～50°，并且與斷層f65相連，導(dǎo)致潛在不穩(wěn)定塊體滑動(dòng)面強(qiáng)度降低。根據(jù)地質(zhì)條件推斷1 070～1 135 m邊坡β85，β62，f242，f243等輝綠巖脈傾向坡內(nèi)，可構(gòu)成后緣邊界；β219，βj622等陡傾角輝綠巖脈與邊坡大角度相交，可構(gòu)成上游側(cè)緣邊界；斷層f231的走向與邊坡走向近于平行，傾向坡外，傾角中等，構(gòu)成底滑面，這些為邊坡產(chǎn)生滑移-拉裂提供了潛在的滑移面。

多點(diǎn)位移計(jì)和測(cè)斜管的監(jiān)測(cè)成果顯示：位于斷層f231影響帶的5套多點(diǎn)位移計(jì)的變形相對(duì)較大，且均呈現(xiàn)出深部變形特征，最大變形28.83 mm，3套測(cè)斜管也出現(xiàn)了明顯的剪切變形。綜合工程地質(zhì)條件、監(jiān)測(cè)儀器成果分析及裂縫展布特征可以認(rèn)為：右岸邊坡形成了以β85，β62，f242，f243為后緣邊界，β219，βj622為上游側(cè)緣邊界，斷層f231為底滑面的塊體，當(dāng)邊坡下挖，斷層f231在邊坡上出露，塊體產(chǎn)生了滑移-拉裂變形，從而導(dǎo)致邊坡噴混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

3.3 開(kāi)挖及支護(hù)分析

隨著2009年6月、7月右岸邊坡工程進(jìn)展，右岸邊坡表層的阻滑巖體大量被開(kāi)挖，惡化了邊坡原始應(yīng)力平衡性狀，爆破開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的卸荷回彈、松弛變形不可避免，這種變形的累計(jì)將進(jìn)一步破壞邊坡的平衡狀態(tài)。

從圖3、圖4可以得出：爆破振動(dòng)引起的坡體變形較大，且呈臺(tái)階狀增加，位移歷時(shí)過(guò)程曲線每一個(gè)臺(tái)階對(duì)應(yīng)一次較大的爆破。現(xiàn)場(chǎng)爆破資料顯示，6月右岸已開(kāi)挖至1 090 m高程，6月、7月爆破施工強(qiáng)度較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)1 100～1 040 m邊坡6月和7月間共實(shí)施爆破48次，平均0.8次／d，8月1日至12日實(shí)施爆破6次。進(jìn)入8月右岸邊坡裂縫持續(xù)出現(xiàn)。

截止2009年8月6日右岸邊坡主要進(jìn)行邊坡掛網(wǎng)噴砼和淺層錨桿支護(hù)，1 100～1 135 m邊坡僅完成錨索6臺(tái)，數(shù)量較少。一方面錨桿支護(hù)只能對(duì)淺層巖體的變形有效，另一方面錨索施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后，群錨效應(yīng)未能得到發(fā)揮，控制性結(jié)構(gòu)面的變形未被抑制。

9月1日后右岸邊坡停止下挖，開(kāi)始全面支護(hù)，多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值和測(cè)斜管位錯(cuò)變化也逐漸趨于平穩(wěn)。可以認(rèn)為施工開(kāi)挖是邊坡出現(xiàn)裂縫的直接原因，支護(hù)進(jìn)度嚴(yán)重滯后于開(kāi)挖進(jìn)度促進(jìn)了邊坡向臨空面變形。

4 結(jié)論與建議

（1）右岸邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，天然邊坡基本穩(wěn)定，但由于巖脈、斷層破碎帶和節(jié)理裂隙切割，邊坡巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，故存在淺表局部不穩(wěn)定問(wèn)題。

（2）右岸邊坡6月至8月期間開(kāi)挖強(qiáng)度大，支護(hù)進(jìn)度嚴(yán)重滯后于開(kāi)挖進(jìn)度，深部卸荷裂隙帶及斷層f231在邊坡上出露，工程邊坡穩(wěn)定性下降，直接導(dǎo)致了邊坡裂縫的出現(xiàn)。

（3）采用測(cè)斜儀來(lái)監(jiān)測(cè)邊坡深部巖體內(nèi)未知結(jié)構(gòu)面的變形，確定可能的滑動(dòng)帶，是一種行之有效的手段。

（4）右岸邊坡的監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)良好，對(duì)邊坡爆破開(kāi)挖施工響應(yīng)明顯，能夠及時(shí)有效監(jiān)測(cè)施工導(dǎo)致的邊坡變形情況，對(duì)邊坡穩(wěn)定起到了預(yù)警作用。

（5）建議：在1 120～1 240 m高程分5層設(shè)置抗剪洞和錨固洞來(lái)置換斷層f231；利用深層縱、橫排水洞、坡面排水淺孔、深孔、截排水系統(tǒng)及坡面的防滲噴混凝土等措施形成系統(tǒng)的綜合排水網(wǎng)絡(luò)；在右岸1 135～1 225 m高程邊坡及右岸拱肩槽上游1 070～1 135 m高程邊坡施加預(yù)應(yīng)力錨索；加強(qiáng)邊坡開(kāi)挖的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

［1］ CROSTA G B，AGLIARD1 F.Failure Forecast for Large Rock Slides by Surface Displacement Measurements［J］.Canadian Geotechnical Journal，2003，40（1）：176－191.

［2］ 王義鋒.基于測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)成果的蠕滑體變形機(jī)制分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（1）：212－216.（WANG Yi-feng.Analysis of Creep Deformation Mecha-nism Based on Inclinometer Monitoring Results［J］.Chi-nese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28（1）：212－216.（in Chinese））

［3］ 張金龍，徐亞?wèn)|，金海元，等.大型復(fù)雜巖質(zhì)高邊坡安全監(jiān)測(cè)與分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（9）：1879－1827.（ZHANG Jin-long，XU Ya-dong，JIN Hai-yuan，et al.Safety Monitoring and Stability Analysis of Large-scale and Complicated High Rock Slope［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28（9）：1879－1827.（in Chinese））

［4］ 黃秋香，汪家林，鄧建輝.基于多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果的坡體變形特征分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（增1）：2667－2673.（HUANG Qiu-xiang，WANG Jia-lin，DENG Jian-hui.Slope Deformation Character A- nalysis Based on Monitoring Results of Multi-point Bore-hole Extensometer［J］.Chinese Journal of Rock Mechan-ics and Engineering，2009，28（Supp.1）：2667－2673.（in Chinese））

［5］ 冷先倫，盛 謙，廖紅建，等.反傾層狀巖質(zhì)高邊坡開(kāi)挖變形破壞機(jī)理研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（增1）：4468－4472.（LENG Xian-lun，SHENG Qian，LIAO Hong-jian，et al.Analysis on Deformation and Failure Mechanism of High Anti-dip Sandwich Rock Slop Excavation［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23（Supp.1）：4468－4472.（in Chinese））

［6］ 呂建紅，袁寶遠(yuǎn)，楊志法，等.邊坡監(jiān)測(cè)與快速反饋分析［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999，27（6）：98－102.（LU Jian-hong，YUAN Bao-yuan，YANG Zhi-fa，et al.Study on Slope Monitoring and Quick Feedback［J］.Journal of Hohai University（Natural Science），1999，27（6）：98－102.（in Chinese））

［7］ 丁秀麗，徐 平，夏熙倫.三峽船閘高邊坡巖體開(kāi)挖卸荷變形及流變分析［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，1995，12

（4）：37－43.（DING Xiu-li，XU Ping，XIA Xi-lun.Rheologic Deformation and Stability Analysis on Rock Mass during Unloading Excavation Process for High Slope in Lock Area of Three Gorges Project［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1995，12（4）：37－43.（in Chinese））

［8］ 丁秀麗，付 敬，劉 建，等.軟硬互層邊坡巖體的蠕變特性研究及穩(wěn)定性分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（19）：3410－3418.（DING Xiu-li，F(xiàn)U Jing，LIU Jian，et al.Study on Creep Behavior of Alternatively Dis-tributed Softand Hard Rock Layers and Slope Stability A-nalysis［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and En-gineering，2005，24（19）：3410－3418.（in Chinese） ）

（編輯：王 慰）

Analysis on Crack Causes of High Rock Slope

CUIHua-li，F(xiàn)EIWen-ping，ZHANG Guo-qiang
（State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering，College ofWater Resources and Hydropower，Sichuan University，Sichuan 610065，China）

The stability of high rock slope has a direct impact on the smooth construction of a hydropower station.Due to large unloading depth and developed dikes，faults and fissures，as well as large-scale excavation，a large number of cracks occurred in the excavation of the right bank slope of a hydropower station in southwest China，which would produce unfavorable influences on the subsequent construction and the stability during operation peri-od.Based on the cracks of high rock slope and according to the geological data，monitoring results and construction conditions，the causes of cracks are analyzed comprehensively and the corresponding engineering treatmentmeas-ures are suggested，whichmay provide references for the exploration，monitoring and engineering treatment of simi-lar projects.

rock slope；causes of crack；safetymonitoring

TD824.7

A

1001－5485（2011）02－0045－05

2010-03-09

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（50639100，50974091）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973）項(xiàng)目（2010CB226802，2010CB732005）

崔華麗（1983-），女，湖北襄陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事巖土工程研究，（電話）13408528124（電子信箱）huali8831＠126.com。