巖土工程邊坡的穩定性及其設計分析

申澤松

新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司 新疆烏魯木齊 830000

1 工程概況

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

尼雅水利樞紐初步設計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、灌溉發電引水洞、導流洞和發電廠房等。

2 壩址區邊坡工程地質特性及分析

根據地表測繪、平硐以及現場調查等方式分析，壩址區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構面組合的切割，再加上水流沖切坡腳，主要表現為崩塌掉塊。

（2）巖體的滑動，主要為斷層、裂隙（卸荷、節理）以及片理面等結構面相互組合、相互切割，形成楔形體滑動。

（3）傾倒變形，左岸近壩高陡岸坡為層狀反向坡，巖性為紫紅色變質砂巖，變余砂質結構，層狀構造，在風化和重力作用下，巖體傾倒變形，局部已經垮塌。

依據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL386-2007）的相關規定，工程邊坡級別確定須考慮的因素有：對建筑物安全和正常運用的影響程度、對人身和財產安全的影響程度、邊坡失事后的損失大小、邊坡規模大小以及臨時坡還是永久坡等。依據相關水工建筑物的級別及邊坡與水工建筑物的相互關系，并考慮對邊坡破壞所造成的影響程度，對工程區內的左、右岸壩頂以上邊坡進行分析[1]。

2.1 左岸壩頂以上邊坡工程地質特性

左岸壩頂以上巖質邊坡地形相對高差達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，基巖為泥盆系上統變質砂巖。

左岸壩頂以上巖質邊坡自然情況下整體穩定，局部因巖體風化、卸荷等作用存在危巖體、崩塌、掉塊現象。經地質測繪工作統計壩頂以上巖質邊坡主要發育4組節理裂隙面：①L1節理45°NW∠56°；②L2節理85°-89°SE∠54°-67°；③L3節理271°-280°NE∠46°-81°；④節理350°NW∠68°。發育6條斷層：①f80斷層產狀86°SE∠72°；②f81斷層產狀87°SE∠70°；③f82斷層產狀297°SW∠60°；④f83斷層產狀83°SE∠73°；⑤f84斷層產狀58°SE∠69°；⑥f85斷層產狀65°SE∠71°。根據邊坡性質及結構面產狀，通過赤平投影對其穩定性進行分析，見圖1。

根據赤平投影（圖2）可知：L3與f81、f85結構面組合，易形成不穩定塊體；L3走向與左岸邊坡走向小角度相交，且傾向坡外，對邊坡穩定不利。主要結構面不利組合有2個交點落入滑動區，初步判定組合結構面不穩定。

2.2 右岸壩頂以上邊坡工程地質特性

右岸壩頂以上邊坡地形相對高差136-158m，岸坡總體走向234°，自然坡度53°。岸坡面沖溝發育，坡面起伏不平。基巖裸露，表面風化嚴重，局部坍塌滑落。地層結構見圖3。

右岸壩頂以上巖質邊坡現狀整體穩定，局部因風化、卸荷等，存在崩塌、掉塊現象。經地質測繪工作統計壩頂以上巖質邊坡主要發育4組節理裂隙面：①L1節理300°SW∠43°；②L2節理350°SW∠50°；③L3節理15°NW∠60°；④節理75°SE∠55°。發育2條斷層：①f64斷層產狀290°NE∠76°；②f70斷層產狀85°NW∠45°。根據邊坡性質及結構面產狀，通過赤平投影對其穩定性進行分析，見圖2-4。

圖1 左岸壩頂以上邊坡地層結構圖

圖2 左岸壩頂以上邊坡穩定分析赤平投影圖

根據赤平投影（圖4）可知：L3與L4結構面組合、L1與f70結構面組合，易形成不穩定塊體；L1走向與右岸邊坡走向小角度相交，且傾向坡外，對邊坡穩定不利。主要結構面不利組合有2個交點落入滑動區，初步判定組合結構面不穩定。

3 建議

根據左、右岸壩頂以上巖質邊坡的自然穩定條件，結合心墻基槽開挖、左岸灌漿平硐開挖影響等因素的分析，受爆破震動、地震荷載、開挖擾動等影響，危巖體存在失穩的可能性，局部可能存在崩塌、掉塊。建議先清除壩頂以上的危巖體、松動體，并對邊坡采取隨機錨固、掛網噴護、支擋及排水等措施，建議對邊坡加強支護，在適當部位設置碎落臺[2]。

邊坡加固是一項技術復雜、施工困難的災害防治工程。近年來，隨著高速公路及城市建設事業的迅速發展，工程建設規模的不斷增大，邊坡處治問題越來越突出。若邊坡失穩，必將會對周圍相關設施及人身和財產安全帶來嚴重威脅，因此要高度重視巖土工程中邊坡的支護加固，根據邊坡高度、坡度、周邊環境及地質條件等合理選擇邊坡加固方式[3]。隨著科學技術的發展，邊坡加固技術將得到進一步的發展，并逐步走向完善。

圖3 右岸壩頂以上邊坡地層結構圖

圖4 右岸壩頂以上邊坡穩定分析赤平投影圖