旭龍水電站環境邊坡穩定性分析評價

張煥強 楊志川 陳金龍 卞鵬寅 白霖

摘要：為查明旭龍水電站環境邊坡工程地質問題并提出工程處理措施建議，確保工程施工安全，通過現場地質調查與測繪、無人機航拍、三維實景模型分析等手段，針對旭龍水電站環境邊坡存在的危巖體、崩塌堆積體、強烈卸荷松弛區等三類主要工程地質問題，通過工程地質分析及數值模擬，分析了各類工程地質問題的成因機制及失穩模式，評價了邊坡穩定性，并提出相應的工程治理建議。結果表明：危巖體穩定性多為較差至差，崩塌堆積體整體穩定性較好，強烈卸荷松弛區巖體穩定性差。建議對體積最大的1號危巖區采取卸荷開挖、錨固等措施進行治理，避免對體積最大的1號堆積體坡腳開挖，清除S3強烈卸荷松弛區松動巖體后錨固下伏強卸荷巖體。研究結果可為類似工程治理提供參考。

關鍵詞：環境邊坡； 邊坡穩定性分析； 工程地質； 旭龍水電站

中圖法分類號：TV223

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.05.006

文章編號：1006-0081（2024）05-0031-05

0 引言

邊坡巖土體的變形破壞，將對工程建（構）筑物安全造成威脅。水電站環境邊坡因其特殊的工程環境和工作要求，如通常會承受水流的沖擊和侵蝕［1-3］，需要考慮水流對邊坡穩定性的影響，對穩定性和安全性要求更高［4-6］；此外，水電站建設和維護成本通常較高，需要使用特殊的工程材料和設備及需定期進行檢查和維護等，其環境邊坡問題更加復雜［7-10］。因此，在水電站環境邊坡勘察時需要更加細致和全面地考慮各種因素。

因工程類型的差異和工程場地地質條件復雜程度的不同，影響自然邊坡巖土體穩定的地質要素各有不同，如高陡巖質邊坡危巖體控制性結構面性狀、堆積體邊坡形態與物質組成、順向巖質邊坡地層產狀等［11-14］。旭龍水電站因其特殊的地理位置及地質條件，環境自然邊坡高陡，河谷深切，卸荷強烈，地質條件復雜，工程地質問題突出。為查明旭龍水電站環境邊坡工程地質問題、確保工程施工安全，本文針對旭龍水電站環境邊坡3類主要工程地質問題，分析相應的成因機制及失穩模式并評價其穩定性，提出相應的工程治理建議。

1 工程概況

旭龍水電站位于云南省德欽縣與四川省得榮縣交界的金沙江干流上，是金沙江上游河段“一庫十三級”梯級開發方案中的第12級。主體工程為混凝土雙曲拱壩，最大壩高213 m，水庫正常蓄水位2 302 m，相應庫容為7.81億m3。電站總裝機容量2 400 MW（安裝4臺混流式水輪發電機組），多年平均發電量105.14億kW·h。

旭龍水電站工程壩址區地震基本烈度為Ⅷ度。壩址區屬中高山地貌，谷坡陡緩相間，總體坡度30°～50°，河谷為深切“V”形谷。河谷兩岸岸坡陡峻，高程2 150～2 500 m段坡角一般為50°～60°，局部近直立；高程2 500 m以上兩岸岸坡變緩，坡角一般為30°～40°，局部較陡。

壩址區及其附近出露的基巖從老至新有中元古界雄松群三段（Pt2x3）斜長角閃（片）巖和混合巖，以及三疊紀印支期侵入的花崗巖（γ15）。斜長角閃（片）巖片理產狀250°～270°∠60°～80°；混合巖是由混合巖化作用形成的巖石，基體主要是斜長角閃片巖，脈體主要是長英質；花崗巖是建壩的主體巖石，跨兩岸呈南北向帶狀分布，帶寬500 m左右，見圖1。

壩址區地表斷層多為Ⅲ級或Ⅳ級結構面，以正交金沙江的陡傾斷層最為發育，其中規模較大的從下游至上游依次有F1、f3、F2。

壩址區岸坡由于卸荷作用產生大量的卸荷裂隙：① 近似平行于岸坡臨空面的陡傾角張開裂隙，多發育于坡頂；② 中緩傾角岸剪裂隙，多發育于邊坡陡緩相接的部位（圖2）。

如圖3所示，岸坡卸荷機理可分為如下幾類。① 拉裂區。當最小主應力超過巖體的抗拉強度時，將發生平行于坡面的單向拉裂破壞。② 壓致拉裂區。為受壓應力控制的張裂破壞，破裂面也以平行坡面為主。③ 張剪破裂區。為剪切作用的破裂機制，破壞準則符合Mohr-Coulomb準則。另外，河谷地帶存在剪切松弛卸荷區及高應力區。

壩址區在高程2 300 m以下主要為弱卸荷帶，寬度為15.0～35.0 m。高程2 300 m以上的陡崖發育有強卸荷帶，強卸荷帶寬度一般小于30 m。河床部位卸荷厚度在4.5～10.7 m。

壩址區地處金沙江干熱河谷，地下水總體貧乏。從地表往下30～60 m范圍內以弱透水為主；60 m以下的巖體則多呈微至弱透水。

廠房區地應力水平為中等應力水平，局部應力集中部位為中等至高應力水平。

壩址區主要工程地質問題之一為環境高邊坡局部穩定問題：存在255處危巖體（區）、6處崩塌堆積體、4處強烈卸荷松弛區（S1～S3），如圖4所示。

2 危巖體

壩址區危巖體（區）255處，其中左岸109處，右岸146處。兩岸發育10 000 m3級危巖體占2.4%，1 000 m3級危巖體占7.8%，100 m3級危巖體占53.7%，100 m3以下危巖體占36.1%。已查明的危巖體基本處于穩定性較差至穩定性差狀態。以體積最大的1號危巖區為例，說明重要危巖體（區）的穩定性分析與評價的情況。

1號危巖區高程2 165～2 600 m，體積約145萬m3，巖性為斜長角閃片巖。通過現場地質調查與測繪、無人機航拍、三維實景模型分析等，查明邊坡巖體受長大裂隙控制，存在不同的分區破壞失穩模式，見圖5。

I區分布于危巖區上部，高程2 360～2 600 m，三面臨空，臨江段坡度45°左右，上、下游側面形成陡崖。坡表遍布大小不等的松動危巖體，淺表部穩定性差。

Ⅱ區位于Tf116上游側，高程2 165～2 360 m，兩面臨空。Ⅱ區Tf50下游至Tf116范圍為Ⅱ-1區，其以Tf116為底滑面，以Tf50為側滑邊界，易產生滑移破壞；Tf50上游側為Ⅱ-2區，其在Ⅱ-1區滑移破壞后，Tf50處形成該區下游側新的臨空面，且在該坡面方向上呈倒坡形態，該區將出現側向漸進式傾倒破壞。

Ⅲ區分布高程2 165～2 360 m，兩面臨空，坡度較緩，變形破壞模式以淺層單一塊體傾倒或滑移破壞為主。

總體而言，I區、Ⅱ-1區、Ⅱ-2區的變形破壞相互影響、相互制約，Ⅲ區相對獨立。Ⅱ-1區位于危巖區中下部，若其失穩，上方的I區及側面Ⅱ-2區失去支撐，穩定性受到較大影響。圖6的數值計算結果表明：1號危巖區前緣部位變形較大，最大變形為Tf116在Ⅱ-1區（圖5）前緣出露部位底部。

1號危巖區體積大，高差大，且Ⅱ-1區形成了貫通的底滑面，易發生沿Tf116的滑動破壞，建議對1號危巖區采取卸荷開挖、錨固、排水、坡面防護、監測等綜合工程措施進行治理，確保危巖區穩定。

3 崩塌堆積體

壩址區共分布6處崩塌堆積體，以體積最大的1號堆積體（圖7）為例，分析其穩定性。

1號堆積體前緣高程2 460～2 500 m，后緣高程2 700 m左右，體積約424萬m3。堆積體地形呈溝脊相間地貌，共發育5條沖溝。堆積體成分為崩坡積塊碎石夾土，干燥，一般為中密-密實狀。堆積體厚度鉆孔揭露一般為10～40 m。該堆積體基巖面前緣坡度17°，中部坡度25°～30°，后緣坡度33°。

對1號堆積體塊碎石土進行了現場大剪試驗，天然狀態及飽和狀態試驗各1組，試驗結果如表1及圖8所示。

1號堆積體前緣為一級岸坡陡崖；堆積體物質為塊碎石夾土，結構密實、干燥，且細粒土有一定程度膠結，抗剪強度較高；在基巖面形態上坡度較緩。綜上，1號堆積體整體穩定性較好。但因1號堆積體前緣厚度大、坡度陡（圖9），局部易失穩破壞，雨季尤為突出。此外，右岸纜機平臺等工程的開挖會削減1號堆積體前緣坡腳，影響堆積體的穩定性。建議清除坡表孤石，避免孤石沿坡面發生滾落；通過清除、支擋、放坡等方式對堆積體進行處理，保證堆積體在纜機平臺開挖切腳后的穩定性。

4 強烈卸荷松弛區

壩址區共分布4處強烈卸荷松弛區。以S3強烈卸荷松弛區（圖10）為例，分析重要強烈卸荷松弛區的穩定性。

S3強烈卸荷松弛區位于進水口邊坡開口線以上，處于F2下游與1號堆積體之間的突出山脊；分布高程2 410～2 680 m，平面面積約3.7萬m2，平均坡度40°左右。

該區地形突出、多面臨空、多面卸荷，卸荷松弛強烈，淺表巖體具松動特征，巖體破碎，危巖體與危石集中發育，受卸荷松動作用影響，坡表遍布松動危巖體，松動張開，大小不一，小者數立方米，大者可達數百立方米。

S3強烈卸荷松弛區中發育S3-1、S3-2、S3-3等3處松動區，位于右岸纜機平臺邊坡上方山梁部位（圖11）。3處松動區地形突出，呈“脊狀”，多面臨空、多面卸荷。

3處松動區卸荷松弛強烈，淺表巖體具松動特征，松動深度一般為5～7 m，沿卸荷裂隙面具傾倒剝離特征，巖體破碎，危巖體與危石集中發育，易崩塌、剝落等，穩定性差。

由于S3強烈卸荷松弛區朝金沙江方向崩落將影響引水洞進口及纜機平臺邊坡安全，建議清除松動區巖體，錨固下伏強烈卸荷巖體。

5 結論

金沙江上游旭龍水電站工程地質條件復雜，環境邊坡工程地質問題突出。本文通過現場地質調查與測繪、無人機航拍、三維實景模型分析等，查明了旭龍水電站環境邊坡危巖體、崩塌堆積體、強烈卸荷松弛區等3類主要工程地質問題，分析了其失穩模式，對其穩定性進行了評價，提出了相應的工程處理措施建議，可為工程治理提供依據。

參考文獻：

［1］胡田清，崔金鵬，陳超敏.金沙水電站深厚覆蓋層條件下明渠出口動態防護措施研究［J］.水利水電快報，2022，43（3）：28-31.

［2］樊啟祥，林鵬，蔣樹，等.金沙江下游大型水電站巖石力學與工程綜述［J］.清華大學學報（自然科學版），2020，60（7）：537-556.

［3］王力，張晨宇，王世梅，等.波浪侵蝕誘發碎石土岸坡變形的模擬試驗研究［J］.泥沙研究，2023，48（4）：45-52.

［4］劉沖平，王吉亮，黃孝泉，等.環境邊坡危巖體穩定性定性評價研究［J］.水利水電快報，2023，44（1）：43-47.

［5］唐豪，涂國祥，張鑫，等.瀾滄江古水水電站壩址區上游左岸邊坡雙向差異卸荷特征及機理［J］.水利水電快報，2023，44（5）：23-31.

［6］吳靜，郭德宇，張樂文，等.金沙江溪洛渡水電站拱壩及邊坡穩定性分析研究［J］.巖石力學與工程學報，2023，42（10）：2478-2495.

［7］馬連城，鄭桂斌.我國水利水電工程高邊坡的加固與治理［J］.水力發電，2000（1）：34-37.

［8］趙旭，劉漢東.水電站高邊坡滾石防護計算研究［J］.巖石力學與工程學報，2005，24（20）：144-150.

［9］陳祖煜.巖質邊坡穩定分析：原理·方法·程序［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［10］周建平.中國典型工程邊坡：水利水電工程卷［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.

［11］張世殊，徐光黎，宋勝武，等.水電工程環境邊坡概念及其工程地質分類［J］.水力發電，2012，38（8）：17-21.

［12］潘家錚.水電與中國［J］.水力發電，2004，30（12）：17-21.

［13］楊鵬，鄭光，黃金成，等.旭龍水電站庫區格亞頂堆積體變形及穩定性分析［J］.人民長江，2023，54（9）：128-135.

［14］胡貝，李希建，代芳瑞，等.基于組合賦權和云模型的危巖體危險性評價［J］.人民長江，2023，54（1）：145-150.

編輯：高小雲

Analysis and evaluation of environmental slope stability of Xulong Hydropower Station

ZHANG Huanqiang，YANG Zhichuan，CHEN Jinlong，BIAN Pengyin，BAI Lin

（Three Gorges Geotechnical Consultants Co.，Ltd.，（Wuhan），Wuhan 430074，China）

Abstract：

In order to identify the engineering geological problems of the environmental slope of Xulong Hydropower Station，propose suggestions for engineering treatment measures，and ensure construction safety，three main engineering geological problems，namely the dangerous rock masses，collapse accumulation bodies，and strong unloading relaxation areas were summarized through on-site geological survey and investigation，unmanned aerial vehicle （UAV） aerial photography，and 3D real scene model analysis.The causes and instability modes were analyzed，and their stability were evaluated and corresponding engineering suggestions were proposed by means of engineering geological analysis and numerical simulation.The results indicated that the dangerous rock masses mostly had lower or poor stability，the overall stability collapse accumulation bodies was good，and the rock of strong unloading relaxation areas hade poor stability.It is suggested that the No.1 dangerous rock region which has the maximum volume should be taken unloading excavation，anchoring and other measures.The No.1 accumulation body which has the maximum volume should be avoided excavation at the foot of the slope，the underlying strong unloading rock mass should be anchored after removing the loose rock mass in the S3 strong unloading and relaxation area.The research results can provide a reference for the treatment of similar projects.

Key words：

environmental slope； analysis of slope stability； engineering geology； Xulong Hydropower Station

收稿日期：2023-10-12

作者簡介：張煥強，男，高級工程師，博士，主要從事巖土工程勘察、設計、研究工作。E-mail：zhanghuanqiang@cjwsjy.com.cn