闫兴田

(福建华东岩土工程有限公司，福州 350003)



卡拉水电站左岸边坡危岩体发育规律与防治原则

闫兴田

(福建华东岩土工程有限公司，福州 350003)

卡拉水电站左岸边坡出露的岩性主要有变质砂岩、砂质板岩、大理岩及少量炭质板岩；受风化差异、卸荷裂隙、地形条件等因素影响，左岸边坡危岩发育广泛；文章通过对所有危岩体的分布高程、范围等统计，分析总结危岩体发育特征及规律，并对危岩体的防治原则提出建议。

卡拉水电站；危岩体；发育规律；防治原则

0 前 言

危岩是指位于陡崖或陡坡上被岩体结构面切割且易失稳的岩石块体及其组合，其形成、失稳与运动属于斜坡动力地貌过程的主要表现形式。危岩，尤其是高位危岩，对枢纽区影响非常大，其稳定与否与下部工程构筑物在施工期及运营期的安全密切相关。

目前，许多国内学者对卡拉水电站存在的重大地质问题进行了相关研究，其中黄振科、肖尧等[1-2]对卡拉水电站坝肩岩质高边坡的稳定性问题进行了分析及评价，并提出相应的防治措施；钟湖平、牟寿鹏、左雅娅、吴超凡等[3-6]对库区内巨型滑坡进行了稳定性评价及风险评估，进一步预测了滑坡失稳及其涌浪对大坝的工程影响；龙霞、王道永等[7]通过活动构造、断层测年等新手段深入剖析了工程区构造特征及活动性，并对其稳定性作出评价。

卡拉水电站左岸为逆向坡，相对右岸而言，坡度相对较陡，岩体更加破碎松弛，浅表层改造更为活跃。据黄润秋[8-9]、张倬元[10]等研究，对危岩发育演化有较大影响的卸荷裂隙主要为坡表垂直卸荷裂隙，这类裂隙在研究区内分布广泛。目前尚未有相关学者对该工程区危岩体的发育规律及其工程影响进行系统的研究，本论文以此为出发点，通过现场调查与室内统计分析，探讨了影响危岩体发育的因素，并针对其发育特征提出相应的防治措施。

1 工程地质条件

卡拉水电站位于雅砻江中游，四川省凉山州木里县卡拉乡境内，电站初选水库正常蓄水位1 986.00 m，坝顶高程约1 991.00 m，最大坝高约128 m，初选总装机容量约1 000 MW，回水至杨房沟水电站，水库长约34 km。总库容约2.34亿m3，调节库容约0.370亿m3。

左岸山体雄厚，边坡陡峻。边坡顶部高程2 900.00 m以上至分水岭，地形平缓，残积层相对较厚，平均为5～10 m，植被茂盛；边坡在上部(高程约2 900.00～2 400.00 m之间)沿山脊在地貌上表现为“巴掌状”收拢，地形相对平缓，为河谷宽谷段；而边坡在下部高程2 400.00 m以下，地形较陡，为窄谷段，其山梁呈平行排列，坡表地形完整性较差，呈山梁与浅沟槽相间发育的微地貌特征；坡表地形在纵向上有起伏，呈陡缓交替状，横向上局部有小的缓坡(35°～45°)和小陡壁(70°～90°)，发育2个缓台、9处山梁；整体上表现为上缓下陡，见图1。

图1 左岸山梁、缓台分布示意图

左岸边坡出露的主要变质岩为叠加不同程度热接触变质的区域低温动力变质岩，为中生界三叠系上统杂谷脑组的变质砂岩、砂质板岩、大理岩，含少量炭质板岩、泥质板岩，岩层产状N25°～30°W/NE∠45°～70°，薄～中厚层状为主；砂质板岩、炭质板岩具明显的变余薄层状构造和变余泥状结构、变余页理构造；变质细～粉砂岩可见清楚的变余砂状结构；大理岩类变质结构清楚，成分简单，与其它变质岩相间或呈夹层产出。

2 危岩体主要成因机制

2.1 岩体风化

大理岩、变质砂岩岩石坚硬，自身抗风化能力相对较强，砂质板岩次之，均明显强于含炭质板岩。左岸边坡表面岩体由于不同岩性呈层组合展布，因此，在地形上岩石差异性风化表现显著，常在空间上呈陡缓交替的阶坎状，甚至局部发育较大凹岩腔，差异性风化是坝址区危岩发育主要因素之一。坡表危岩演化过程如图2所示。

图2 差异性风化危岩演化示意图

2.2 岩体卸荷

通过地质调查，左岸坡体表层垂直卸荷裂隙发育密集，平行岸坡的陡倾角卸荷裂隙在陡峭的岸坡上颇为发育，见现场素描图3(a)。研究区内卸荷裂隙从形成机制上可概括为2种：一种为沿边坡表层的中陡倾角构造裂隙张裂、拉开形成，由这种裂隙分割的岩块其稳定性主要受自身张裂松驰程度或底部的缓倾角结构面(多为层面)控制。对裂隙倾向坡外的情况，岩块稳定性较差，极易发生崩塌破坏，见图3(b)。另一种卸荷裂隙裂面呈弧形，中段光滑，两端粗糙。从裂隙的扩展方式分析，是坡面附近的基体裂隙在单向或一向受压一向受拉的应力场作用下，端部发生拉张破裂所致，见图3(c)。它们将边坡表层岩体分割成面积十几～数十m2的岩块(板)，一旦裂隙贯通到一定程度，就极易发生坠落或崩塌失稳。

3 危岩体发育规律

地形地貌、岩性组合和岩体结构等地质条件的耦合构成了危岩的赋存环境，也决定了危岩的发育特征和分布规律。通过对左岸边坡的危岩调查、险情排查，掌握了危岩的发育分布整体情况：按数量统计，危岩(带)共161处，从危岩分布上来看，呈垂直分带性，于2400.00 m高程以上主要展布于陡壁上，2 400.00 m以下主要沿山梁发育，局部发育于山梁间浅沟槽处。从危岩规模上看，体积大于5 000 m3的有7处；1 000～5 000 m3有21处；100～1 000 m3有94处，占半数以上，约58.3%；10～100 m3有36处；小于10 m3仅有3处。

图3 卸荷回弹裂隙发育特征图

3.1 地形条件

危岩发育与地形条件关系密切，其中最显著体现在地形坡度与危岩发育之间的关系。危岩集中发育于坡度较陡的突起山脊和浅冲沟内的陡壁等临空条件好的位置上。危岩发育的地形坡度一般在45°～70°之间，局部陡崖约85°，危岩多在微地形陡缓交替的较陡处，赋存位置边坡坡度多为50°～80°之间，见图4。经统计，在全部左岸161处危岩中，以危岩发育所占面积而言，赋存于坡度50°～60°之间的危岩占大多数，约占43.45%；除此，坡度大于80°占1.07%；70°～80°之间占12.66%；60°～70°之间占32.80%；50°～60°之间占43.45%；低于50°仅占10.03%。

图4 左岸危岩各坡度占总的百分比图

3.2 岩性组合

左岸边坡岩性组合中夹有较软弱的砂质板岩、碳质板岩，因此，在左岸中陡倾坡内的岩层易于发生弯曲变形，导致整个边坡浅表部均有不同程度地倾倒，如边坡深部基岩原始倾角一般55°～65°，而表部变形后倾角一般35°～45°，局部更缓仅10°左右，甚至由于倾倒变形导致表部岩体拉裂解体。

据统计分析(见图5)，从整体上看，左岸危岩主要发育在变质砂岩和砂质板岩段内，左岸约69.5%的危岩发育于该岩性段内。而大理岩段内危岩发育相对较少，且规模一般不大。除此，坝址区左岸危岩发育受岩性组合影响极大，以单一岩性形成的危岩，仅占总面积的22.5%，其余均为多种岩性组合形成的危岩。其中又以变质砂岩夹砂质板岩为主，占危岩总面积的42.46%，其次为砂质板岩夹变质砂岩。

图5 左岸危岩各岩性组合占总量百分比图

3.3 岩体结构

岩体结构不仅直接影响到危岩的发育形式，且不同类型的岩体结构条件下危岩发育的密度也不同。左岸表生结构面发育，强卸荷深度大，卸荷裂隙张开宽，卸荷特征较复杂，与原生和构造结构面组合致使岩体块裂、板裂特征明显。从图6可见，左岸危岩主要于强卸荷带内的镶嵌～碎裂结构的以砂板岩为主的岩段和坡顶中厚层镶嵌结构的以变质砂岩为主的岩段。其中镶嵌～碎裂结构为左岸危岩的主要结构特征，在研究区广泛分布，高达总面积的75.11%。

图6 左岸危岩各岩体结构占总量百分比图

综上所述，据现场调查和统计分析，左岸边坡的危岩大多沿山梁发育于坡度约50°～70°陡壁中，坡表起伏，往往具有较好的临空条件。况且不同岩性组合也影响着危岩的分布位置，特别是硬岩夹软岩或硬软岩互层这类地层中，差异性风化持续进行影响着危岩演化的整个过程。加之左岸表生结构面广泛发育，在层面、两组构造节理面和垂直卸荷裂隙的密集切割下，危岩块体大多确定。同时，统计还发现岩体质量等级越低、岩体结构越松弛，危岩发育的密度就越大，反之亦然。

4 防治措施原则

危岩防治的总体思路是以“主动防护”为主，“被动防护”为辅的原则，根据危岩的工程分类、稳定性和危险性分级，采用综合防治措施。明确指出不需支护和需要清除的危岩，对于那些施加部分防护即可达到安全要求的危岩，需提出具体的处理及防护措施建议。针对稳定性极差的危岩，建议整体清除或支护；针对稳定性差的危岩，建议局部清除加支护；针对稳定性较差的危岩，若危险性中～大建议增加支护，若危险性小则利用被动防护措施。并在冲沟的收口部位或相对狭窄处设置透水性好的钢筋拦渣笼(坝)，拦截汇于冲沟滚落的危岩和其它危险源，同时对拦渣笼(坝)要定期维护、清理。由于坡表还存在较多零星分布规模较小的危石，因此针对坝肩区、坝后区有水工构筑物的重要工程部位的边坡上加设多道被动柔性防护网。

[1] 黄振科,傅少君,汤鹏.卡拉水电站坝肩岩质高边坡稳定性分析[J].中国农村水利水电,2012(06):146-151.

[2] 肖尧.卡拉水电站左岸坝肩边坡稳定性分析及评价[D].成都：成都理工大学,2011.

[3] 钟湖平,龙吉勇.卡拉水电站选坝河段滑坡群成因机制及稳定性研究[A]//中国水力发电工程学会地质及勘探专业委员会.中国水力发电工程学会第四届地质及勘探专业委员会第一次学术交流会论文集.中国水力发电工程学会地质及勘探专业委员会:,2008:10.

[4] 牟寿鹏.卡拉水电站岗尖滑坡体稳定性分析[J].山西建筑,2011(02):210-211.

[5] 左雅娅.卡拉水电站上田镇滑坡成因机制及稳定性研究[D].成都：成都理工大学,2011.

[6] 吴超凡,邱占林,肖树煊,林金洪. 雅砻江右岸某巨型滑坡变形机理及稳定性分析[J].南水北调与水利科技,2013,(06):110-113,119.

[7] 龙霞,王道永,王运生,李奎,孙东. 卡拉水电站工程区前波断层特征及活动性研究[J].水文地质工程地质,2009(03):82-85.

[8] 黄润秋.20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J].岩石力学与工程学报, 2007(03): 433-454.

[9] 黄润秋, 李为乐. “5．12”汶川大地震触发地质灾害的发育分布规律研究[J].岩石力学与工程学报,2008(12):2585-2592.

[10] 张倬元. 滑坡防治工程的现状与发展展望[J].地质灾害与环境保护,2000(02):89-97.

Development Law and Prevention/Treatment Principles of Dangerous Rockmass on Left Slope, Kala Hydropower Project

YAN Xingtian

(Fujian Huadong Geotechnical Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350003,China)

The outcrop lithology of left bank, Kala Hydropower Project, mainly covers deteriorated sand rock, sandy slate, marble and carbonaceous slate in a little quantity. Impacted by weathering difference, unloading fracture and topographic conditions, the dangerous rockmass on left bank is developed widely. Through statistics of elevation and scope of all dangerous rock masses distribution, in the paper, the development characteristics and law of the dangerous rock mass are analyzed and concluded as well as proposals for prevention and treatment of the dangerous rock mass are provided.Key words: Kala Hydropower Project; dangerous rock mass; development law; prevention and treatment principle

1006—2610(2016)05—0024—04

2016-03-17

闫兴田(1981- )，男，工程师，从事水电工程地质、岩土工程等领域的生产、科研工作.

TV221；TU457

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.006