風機與高陡巖質邊坡安全距離的淺析
——以西南山區某風電場風機微觀選址為例

張義，楊煜

（四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610041）

0 引言

在“雙碳”背景下，我國將加速推進國內傳統能源的轉型和清潔能源的發展，以風電為代表的可再生能源的戰略地位凸顯。風力發電占能源結構的比重將越來越大，風電場的建設將越來越多。山區風電場選址過程中，將不可避免地遇到高陡邊坡的地質情況。因此，客觀分析和評價風機與高陡巖質邊坡的安全距離，對工程安全運行、成本控制具有現實意義。

本文以西南山區某風電場風機微觀選址為例，開展高陡巖質邊坡風機場地穩定性評價，估算風機與高陡巖質邊坡的安全距離，為風機的微觀選址及安全運行提供技術保障。

1 工程概況

西南山區某風電場位于重慶市東南部，擬定總裝機容量80MW（3.2MW＊25臺），風機輪轂高度為90 m，葉輪直徑為140m。擬選10臺風機機位東側陡崖高度40~190m不等，近于直立，主要由二疊系灰巖組成。風機位的穩定性受東側（陡崖）邊坡穩定性和塌滑范圍的影響，在不穩定的邊坡和塌滑線以內的區域建設時，風機基礎存在潛在塌滑失穩、基礎開裂變形、風機傾斜（覆）等風險。

2 區域地質構造與地震

2.1 區域地質構造概況

場區處于揚子準地臺-上揚子臺坳-川東陷褶束-黔江凹褶束構造單元，區內最主要的構造線是呈北北東的褶皺及伴生斷裂。根據《區域水文地質普查報告（1:20萬，酉陽幅）》，場地位于濯河壩向斜東翼形成的單斜構造山體。

2.2 地震及區域構造穩定性評價

場址的西北方向為黔江斷裂帶，1856年發生6級小南海地震，為中等全新活動斷裂的發震斷裂。根據重慶市地震分布圖，場址周邊地震震級一般小于4級，且頻次少，場址屬外圍地震波及區。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015）及《建筑抗震設計規范（2016年版）》（GB 50011-2010），設計基本地震加速度為0.05g，對應的抗震設防烈度為6度。

3 場區工程地質條件

3.1 水文氣象條件

場區屬亞熱帶暖濕季風氣候區，地形性氣候、垂直型氣候明顯。年平均氣溫隨地勢差異變化較大。受東南和西南季風的影響，年降水量較多，雨季長，5～9月降雨量最多。多年平均降雨量大于1205.8mm，歷年平均最多降雨量大于1378.3mm，月平均雨量大于172mm，多年平均最大日降雨量大于256.3mm。

3.2 地形地貌

場址區域上位于大婁山山脈北東側與武陵山脈北西側之間的低、中山區，區內山嶺走向與構造線方向均呈北北東向延伸，山勢陡峻，峽谷眾多。場址地貌為構造-溶蝕山地，高程1350m~1610m，高差1500~250m；根據《陸地和海上風電場工程地質勘察規范》（NB/T 31030-2012）第4.2.1條，場地以中低山地形為主。部分風機場地東側為灰巖懸崖或陡峻斜坡。

3.3 地層巖性

風機多沿山脊、山梁頂部布置，覆蓋層一般較薄，部分地段基巖直接裸露。根據現場地質鉆探、踏勘調查和相關區域地質調查資料，場區主要出露第四系和二疊系下統茅口組（P1）灰巖。

3.4 地下水條件

場址位于山地，主要接受大氣降水補給，沿地面向地表溝谷排泄或沿溶蝕裂隙、溶洞下滲。根據含水層的性質以及地下水在地層中的富集形式和分布特征，地下水類型主要分為第四系松散巖類孔隙水和巖溶水兩類。

4 風機與高陡巖質邊坡安全距離分析與評價

4.1 邊坡概況

場址東側的陡崖呈北北東-南南西向貫穿整個場地，延伸長度大于20km，最大高度約190m，坡角一般70-85度、局部呈直立狀。場地位于濯河壩向斜東翼形成的單斜構造山體。巖性主要由二疊系下統的茅口組灰巖組成，中厚層~巨厚層為主，傾向270~305度、傾角25~35度，呈單斜狀產出，陡崖坡向90~120度，為逆向坡，中風化為主，巖質較完整，較堅硬。陡崖頂部邊緣受到長期差異風化作用，形成孤峰或石柱。坡頂由于上覆殘積層紅黏土，卸荷裂隙不明顯。風機S12、S14等10個機位東側陡崖高度見表1。

4.2 邊坡巖體類別劃分及破壞模式分析

按《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330-2013）第4.1.4、4.1.5條相關規定，構成高陡巖質邊坡主要為二疊系茅口組灰巖，巖質較堅硬、較完整，邊坡巖體類型為Ⅱ類。

陡崖主要由二疊系下統的茅口組灰巖組成，中厚層~巨厚層為主，呈單斜構造產出，為逆向坡。宏觀上巖體無大型貫穿巖體的外傾結構面，在局部有被卸荷裂隙和節理裂隙切割形成的不穩定塊體，結構面傾向與巖層傾向夾角為鈍角，呈反傾狀，不穩定塊體易脫離母巖失穩。根據現場踏勘和調查訪問，陡崖長期穩定、偶爾局部掉塊，陡崖崖腳少見崩塌塊體，破壞形式為崩塌型，以傾倒式為主。

4.3 坡頂卸荷帶寬度的確定

根據研究成果[1]，西部地區的地表巖石工程問題主要是“卸荷帶”的問題，無外傾結構面巖質邊坡最容易出現塌滑的地段，是邊坡的頂部。卸荷裂隙使巖體強度降低、滲透性增大、并使各種風化因素更容易侵入坡體，導致邊坡出現更大的破壞。因此，確定坡頂卸荷帶的寬度成為風機與陡崖邊坡安全距離的關鍵，而坡頂卸荷帶與邊坡高度又有直接關系。下面從現行規范依據、前人研究成果、鄰近工程的案例等三方面，來確定本工程風機的坡頂卸荷帶的寬度，以此來確定各風機距離陡崖邊坡的安全距離。

4.3.1 現行規范依據

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330-2013）第6.3.3條規定，無外傾結構面的巖質邊坡，坡頂無建筑荷載的永久邊坡，破裂角可按45。+Φ/2確定，其中Ⅱ類巖體邊坡等效內摩擦角按照72度計算。須注意，場地東側陡崖邊坡高度一般大于30m，超過該公式使用條件，依此估算時僅作為參考。

4.3.2 前人研究成果

（1）根據研究成果[2]，谷坡卸荷帶范圍淺表部一般發育范圍在0~50m間，在坡體深部（一般水平距邊坡邊緣100~200m）還發育有深部的卸荷帶，表現為典型的深部張裂，包括表生改造和時效變形過程，破壞模式為在拉應力作用下最終發生的剪切破壞，同時具有明顯的張裂特性。

卸荷帶發育的寬度隨邊坡高度增加而增大，一般自然情況下，巖石高邊坡是穩定的，但作為工程邊坡，在開挖、動荷載、水霧等條件下，應避免對邊坡的影響和擾動，并采取一定的工程處理措施，以提高其安全儲備。

（2）根據研究成果[3]，坡頂的卸荷裂隙一般平行于邊坡走向，裂隙發育寬度大致為邊坡高度的0.2~0.4倍；拉伸裂隙發育的深度，大致為邊坡高度的0.2~0.3倍。

（3）根據研究成果[4]，以重慶地區典型硬質巖陡崖為研究對象，分析了陡崖卸荷帶與陡崖坡度、坡高、 結構面傾角、巖體強度的四個因素之間的呈一次線性關系的特點。引用其關于重慶地區典型硬質巖陡崖卸荷帶寬度的估算方法。公式如下：

①L=0.8980φ-53.155，即卸荷帶寬度與邊坡坡度的綜合相關關系；

②L=0.1804 H-0.4326，即卸荷帶寬度與邊坡坡高的綜合相關關系；

③L=0.3527 P-0.7086，即卸荷帶寬度與邊坡巖體強度的綜合相關關系。

上述有關卸荷帶寬度與高度的擬合公式中，邊坡高度數據多為小于或等于100m，大于100m的數據較少。須注意，總體上邊坡高度越大，卸荷帶寬度越大，發生失穩的概率越大。

4.3.3 鄰近工程的案例

鄰近的重慶武隆風電場場地也是一側為陡崖，其巖性主要由砂巖夾泥巖組成，坡面形態為臺坎狀，坡高一般低于80m。建成風機與陡崖的距離最小約35m[5]。

4.4 安全距離的確定

從上述現行規范依據、前人研究成果、鄰近工程案例等資料，結合場地工程地質條件，綜合確定了本工程風機的坡頂卸荷帶的寬度，以此來確定各風機與陡崖邊坡的安全距離，如下表：

表1 風機與邊坡的關系一覽表

備注：①風電機組基礎方案暫按圓形擴展基礎考慮，基礎直徑約20m；②地形以現場實測為準；③基礎邊緣與陡崖距離，即為坡頂卸荷帶的寬度。

5 結語

本風機場區地表巖石工程問題主要是“卸荷帶”的問題，無外傾結構面巖質邊坡最容易出現塌滑的地段是邊坡的頂部。確定坡頂卸荷帶的寬度成為風機與陡崖邊坡安全距離的關鍵，而坡頂卸荷帶與邊坡高度又有直接關系。坡頂的卸荷裂隙一般平行于邊坡走向，裂隙發育寬度大致為邊坡高度的0.2~0.4倍；拉伸裂隙發育的深度，大致為邊坡高度的0.2~0.3倍。

根據相關規范、前人研究成果和鄰近工程案例等，結合場地工程地質條件，綜合確定了本工程風機場地的坡頂卸荷帶的寬度，以此來確定各風機與陡崖邊坡的安全距離，為風機位設計提供參考依據。