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某电站进水口边坡失稳机制探究

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摘要:为了解某电站进水口边坡的失稳机制,详细调查了该边坡的基本结构特征及物质组成,以及工程区的地震历史、地层岩性、地质构造及工程地质与水文地质特征,对变形体进行分区,分析总结得出该边坡失稳灾变的原因为山体边坡在降雨和地震为主要诱因的情况下,加之坡体内的不利结构面相互切割组合,软弱夹层的介质受渗透、侵蚀损伤的影响,刚度特性发生弱化演化,最终导致了边坡沿软弱夹层产生滑移变形失稳的地质灾害。为后续的边坡加固措施提供依据,丰富了含软弱夹层边坡失稳灾变的类型,对类似工程的失稳机制分析提供了参考。

关键词:边坡;变形分区;降雨;软弱夹层;失稳机制

工程概况该边坡工程地质及水文地质条件复杂且边坡高,原边坡开挖支护施工过程较为复杂。2017年8月累计降雨量为256mm,期间出现连续降雨过程,累计降雨量已达156mm。降雨导致边坡岩土体含水量增加,并逐渐饱和,加上受各种不利因素叠加影响,进水口边坡1号山梁下部开始发生局部拉裂滑移变形,后逐渐出现变形加大迹象,情况进一步恶化,出现明显开裂变形,多处出现较大的裂缝,延伸长度约20~50m,裂缝宽度多在10~30cm,最大裂缝宽度约100cm。原支护锚索全部失效,边坡加速下滑,最终导致进水口边坡变形沿规模较大的软弱夹层(夹2)产生坍滑,形成滑坡自然灾害。由于滑坡前缘剪出口处于电站进水口上方,边坡变形失稳对电站运行产生极大的威胁,电站被迫临时停机。

一、变形体特征滑坡及变形体分布

高程在EL.745~EL.843m之间,南北长约185m,东西宽约80~150m,分布面积约1.82×104m2,总方量达24.6×104m3。根据滑坡及变形体现状形态判断,EL.750马道至EL.820为主滑变形破坏区,以沿夹2产生平面滑动为主,EL.820以上为后缘牵引式圆弧形滑动为主,变形破坏区两侧EL.750~EL.840范围内边坡也有大量剪切裂缝而形成的侧缘变形区。根据变形体不同部位变形速率的差异及变形强度,将变形体划分为三个大区,并细分为五个亚区,分别为变形破坏区(Ⅰ1区、Ⅰ2区)、侧缘变形区(Ⅱ1区、Ⅱ2区)和后缘拉裂区(Ⅲ区)。侧缘变形区处于变形破坏区左右两侧,而后缘拉裂区位于变形体上方,位于变形体中部的变形破坏区(Ⅰ区)大致成圈椅状地形受变形体滑移、变形破坏影响,在变形体下方可划分为阻滑抗力区(Ⅳ区)和拖拽影响区(Ⅴ区)。

二、失稳机制分析

通过对边坡地质条件的调查,结合变形体主滑方向地质剖面图的揭露,本研究认为边坡失稳主要原因如下述:雨季期间,地下水位抬升,加之坡面雨水下渗后受软弱夹层(夹2)阻隔,地下水在夹2上方集聚,并在后缘原拉张裂隙处形成脉状裂隙水,夹2在地下水作用下逐渐饱和,软弱夹层的介质受渗透、侵蚀损伤的影响,刚度特性发生弱化演化,性状进一步恶化,受片麻理(J2)和断层F304切割,表部破碎岩体产生蠕滑变形,进一步导致断层下盘松散岩体沿夹2产生平面型滑移,形成变形破坏区(Ⅰ1区、Ⅰ2区)。由于排水条件的差异,坡体出现差异变形,Ⅰ1区无地下排水设施,下滑幅度较大,并沿F304外侧岩体剪出,致使滑体完全解体;Ⅰ2区变形幅度较小。由于断层F304以下夹2被错断,排水条件较好,在其外侧形成阻滑抗力区(Ⅳ区);阻抗区岩体风化较弱,未能剪出岩体,但在该区产生岩体的倾倒,致使中倾坡外的片麻理反倾山内。在Ⅰ1区和Ⅰ2区下部,由于阻抗区内岩体沿夹2的剪切作用,形成拖拽影响区(Ⅴ区),在拖拽影响区有断续的剪切裂缝沿原生层面节理展布,但未能贯通;拖拽影响区主要分布于Ⅰ1区下方,Ⅰ2区下方不明显。受变形破坏区(Ⅰ区)下滑影响,在其两侧产生剪切、拉裂变形作用,形成侧缘变形区(Ⅱ1区、Ⅱ2区);在其后缘形成临空面,并产生圆弧型逐级牵引拉裂变形,形成后缘拉裂区(Ⅲ区)。综上所述,该边坡存在夹1、夹2两条缓倾坡外的软弱结构面,发育一条延伸较长的属Ⅲ级结构面的断层F304及三组属Ⅳ级结构面的节理、片麻理,结构面的相互切割组合对边坡稳定极为不利。在降雨入渗、排水洞排水不畅、地下水富集恶化了软弱夹层(夹1、夹2)的力学性状以及地震等诸多外在因素的影响下,最终导致了边坡沿夹2产生滑移变形失稳的地质灾害。

三、结语

本文以含软弱夹层的高边坡为研究对象,详细描述了变形体的基本特征,根据变形体不同部位变形速率的差异及变形强度,对变形体进行分区,结合研究区的地震历史、地层岩性、地质构造和物理水文地质条件,综合分析边坡失稳变形机制。得出降雨和地震是边坡变形滑动的主要诱因,坡体内部各不利结构面的相互切割组合及软弱夹层的浸水弱化是边坡失稳灾变的主要因素。通过对边坡失稳机制的分析,可以为后续的加固措施选取提供有力依据,丰富了含软弱夹层的失稳边坡类型,对类似边坡的失稳机制分析提供了参考。

参考文献

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作者:刘斌;徐鹏 单位:中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司

水电与抽水蓄能杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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