王化兵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)



库尔勒市铁门关水电厂崩塌发育特征及稳定性评价

王化兵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

崩塌是库尔勒市铁门关水电厂的主要地质灾害。根据危岩体失稳破坏的模式，研究区主要发育为滑移式破坏。库尔勒市铁门关水电厂内岩质崩塌破坏的主要荷载有危岩体自重、天然状态的裂隙水压力、暴雨状态的裂隙水压力和地震力，可以构成4种荷载组合。据此，运用极限平衡理论及岩体结构理论建立了岩质崩塌破坏的计算模型，并对滑移式破坏模式的稳定性进行了计算，为岩质崩塌灾害的治理提供了理论依据。

崩塌；发育特征；稳定性；库尔勒

崩塌是斜坡变形破坏的三种类型之一，具有发生突然、下落速度快以及形成倒石堆的特点，是地质条件、地理环境与人文社会环境综合作用的产物[1]。在参考相关研究成果的基础上[2-5]，本文对库尔勒市铁门关水电厂崩塌灾害的发育特征以及稳定性进行了分析，从而可以为该崩塌灾害的防治工程提供设计参数，同时也可以为该地区类似防灾减灾工程提供科学的理论基础。

该崩塌位于库尔勒市北郊的铁门关水电厂，行政区划隶属库尔勒市，铁门关水电厂位于库尔勒市境内孔雀河上游霍拉山与库鲁克塔格山相峙的峡谷入口，距库尔勒市约8 km，有柏油公路相通，交通十分便利。研究区调查面积为0.537 km2，经过前期调查研究区地质灾害类型有两种，主要为崩塌灾害，其次为泥石流灾害。其中崩塌广泛分布于电厂厂房北侧和厂区道路东侧的山体；泥石流共有3处，分布于研究区西侧两条沟谷和电厂开关站东侧的沟谷中。本文主要以研究区内发育的崩塌灾害为研究对象。为叙述方便，本次沿研究区山体坡脚一线由北向南进行了里程分段，起点为检修分厂办公室北侧，设置为K0+000，终点为厂区南部道路的冲沟处，设置为K1+040，总长1 040 m。

1 崩塌发育特征

1.1 崩塌堆积体特征

崩塌堆积体分布于山体坡脚或山体沟谷，由于岩性不同，节理裂隙的发育不相同，所产生的崩塌堆积体大小也有不同，可以根据地层岩性划分为八个不同的特征段，其中K0+020—K0+140段崩塌堆积体和K0+360—K0+680段崩塌堆积体特征如下。

1.1.1 K0+020—K0+140段崩塌堆积体(检修分厂办公室北侧山体)

崩塌堆积体岩性为混合岩，主要分布在山体坡脚，单体体积一般为0.08～0.1 m3，最大体积0.3 m3，为呈不规则状，崩塌堆积体距山体坡脚最大距离为12 m，崩塌堆积物一次崩塌量约2～5 m3，累计总体积约50 m3，现大部分已被电厂清理，崩塌堆积体照片如图1所示。

1.1.2 K0+360—K0+680崩塌堆积体(发电厂北部道路东侧山体)

崩塌堆积体岩性主要为混合花岗岩和钾长花岗岩(两者性状条件相似，故划分为同一段)，主要分布在山体坡脚，呈散状分布，单体体积一般为0.1～0.2 m3，最大体积0.5 m3，为呈不规则状，崩塌堆积体距山体坡脚最大距离为18 m，崩塌堆积体照片如图2所示。一次崩塌量约40～60 m3，累计总体积约800 m3，现大部分已被电厂清理。

图1 K0+020—K0+140段崩塌堆积体 图2 K0+360—K0+680崩塌堆积体

1.2 危岩体(带)特征

崩塌按危岩离开母岩的方式分为滑移式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌三类，相应的危岩分别称为滑移式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩。根据本次现场勘查，该研究区主要以滑移式危岩和坠落式危岩为主。滑移式危岩主要分布在K0+140—K0+360段和K0+360—K0+680段，其余段以坠落式危岩为主。由于该区单个危岩体分布密集，呈(面)片状大面积排列分布，故按其特征划分为危岩带，根据地层岩性划分为八个不同的特征段，其中各段危岩带特征分述如下：

1.2.1 K0+020—K0+140危岩带(检修分厂办公室北侧山体)

该段岩性主要为混合岩，危岩带顶面标高1 017 m，底面标高990 m，危岩带分布最大高度27 m，坡向为200～210°，坡度为45°～60°，局部直立，根据裂隙发育密度情况和现场调查，单块危岩体体积一般0.3～0.5 m3，如图3所示。危岩带主要发育4组节理，其中最发育的一组节理走向为330°。根据物探资料，结合裂隙深度调查，危岩带0.5～1 m为强风化层，节理裂隙发育，1～9 m为中弱风化层，节理裂隙较发育，9 m以下岩体节理裂隙不发育。该段危岩带分布面积为4 461 m2，按强风化层厚度计算，总体积为4 461 m3。

1.2.2 K0+360—K0+680危岩带(发电厂北部道路东侧山体)

该带地层岩性为钾长花岗岩和混合花岗岩(两者性状条件相似，故划分为同一段)，危岩带坡向为250°～270°，坡度为50°～70°，危岩带顶面标高1 090 m，底面标高985 m，危岩体最大高度105 m，如图4所示。根据裂隙发育密度情况和现场调查，单个危岩体体积一般0.5～0.8 m3，厂区道路距山体距离20～30 m，主要发育2组节理，最发育的一组节理走向为300°。根据物探资料，结合裂隙深度调查，危岩带0.5～1 m为强风化层，节理裂隙发育，1～7.5 m为中弱风化层，节理裂隙较发育，7.5 m以下岩体节理裂隙不发育。该段危岩带分布面积为36 400 m2，按强风化层厚度计算，总体积为36 400 m3。

图3 K0+020—K0+080危岩带 图4 K0+360—K0+680危岩带

2 岩质崩塌稳定性计算

勘查区危岩带大部分地段表层节理裂隙发育，将岩体切割为块体而导致崩塌发生，无大的裂缝存在，无整体崩塌的可能。但在K0+300—K0+360段，混合花岗岩与斜长角闪岩岩层分界线之间存在一条环形贯通的裂缝，长度54 m，宽度0.1～0.2 m，深度2～4 m不等，主要充填物为岩石碎屑物。通过调查访问和野外实地勘查，判断该段危岩体有整体滑动的可能。故本次对该段危岩体整体稳定性进行计算。

2.1 荷载计算

2.1.1 基本假设

(1)结构面(滑裂面)为直线；

(2)所有结构面均服从摩尔-库仑破坏准则；

(3)安全系数的定义为结构面上抗滑力与下滑力的比值；

(4)危岩体发生崩塌视为整体性下滑；

(5)结构面夹角为结构面组合形成的交角，其危岩体滑动面即为结构面与上部边界确定，上部以环形贯通裂缝边界。

2.1.2 荷载组合

危岩稳定性计算采用以下四种工况：

(1)工况1：自然工况(现状)，FS≥1.30；

(2)工况2：暴雨工况，FS≥1.30；“暴雨”采用强度重现期为20 a一遇暴雨。

(3)工况3：地震工况(校核工况)，FS≥1.10；

(4)工况4：暴雨+地震工况(校核工况)，FS≥1.10，“暴雨”采用强度重现期为20 a一遇暴雨。

2.2 计算方法

本文主要采用极限平衡法对研究区崩塌地质灾害的稳定性进行评价。对于滑移破坏模式崩塌稳定性的计算可以采用《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)中滑移式崩塌计算模型进行验算[6]。其滑移式计算稳定性系数为：

(1)

式中： Fs为滑动面上的抗滑力；Fr为滑动面上的滑动力。

3 岩质崩塌稳定性分析

3.1 计算参数取值

研究区该危岩体高度为56.10 m，斜长角闪岩容重28.0 kN/m3，混合花岗岩容重26.6 kN/m3，计算滑动结构面夹角55.42°，由于无现场原位试验，结构面内聚力c依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)中4.5.1边坡力学参数,确定危岩体结构面属硬性结构面，结构面结合程度一般。内聚力c选用较低值，取90 kPa，结构面内摩擦角φ取27°。计算裂隙水位视为全部被水充填，危岩体具体计算特征参数如表1所示。

表1 危岩体计算特征参数

3.2 计算结果分析

根据地勘结果，本文运用《岩土勘察设计手册》与《工程地质手册》中推荐的计算模型对研究区崩塌地质灾害进行了计算，计算结果见表2。

表2 危岩稳定性计算结果表

根据上表可以看出，该段危岩体在暴雨工况、暴雨+地震工况下处于欠稳定状态，与实际崩塌情况相符。

3.3 崩塌稳定性发展趋势

在对研究区危岩体稳定性的评价结果的基础上，分别从地形地貌、地层岩性、新构造运动和降雨等角度对崩塌灾害的稳定性发展趋势进行分析。

(1)地形地貌：研究区内山体陡峻，山体与发电厂房处地面做最大高差将近200 m，山体坡度在60°～80°，陡峻斜坡地形是形成崩塌的必要条件，局部地段近于直立，岩体在重力作用下，有利于崩塌的发生。

(2)地层岩性：组成高陡斜坡的地层为花岗岩和角闪岩，粒状结构，块状构造。陡崖及陡坡基岩裸露，表层岩体风化强烈，节理、裂隙较发育，岩体本身为脆性岩石，在地质构造应力或自身重力作用下，应力不均匀而产生构造和拉张裂隙，有利于崩塌的发生。

(3)新构造运动：研究区内新构造运动强烈，上升幅度大，构造运动使岩体节理裂隙发育，从而加剧了崩塌灾害的发生。岩体发育3～4组节理(裂隙)，沿岩层走向或陡崖坡面倾向方向的垂直、倾斜节理(裂隙)，将岩体切割为块状或楔形体，岩体在重力作用下，沿结构面发生滑动或倾倒。

(4)降雨及冰雪融水：降雨对该区的崩塌有很大的影响，雨水充填于岩体的节理裂隙中，降低了结构面的黏结强度，岩体在重力作用下，沿结构面发生滑动或倾倒。

通过对以上产生崩塌的原因分析，结合近几年电厂发生的灾害的情况分析，该区的崩塌灾害在风化、降水等外力作用下，处于频繁活动期。

4 结语

(1) 农一师电力公司煤矿岩质崩塌目前共发育有6处，规模上属于中小型，其中，BT02、BT04、BT06、BT07和BT10为潜在崩塌灾害点，BT03为已发生崩塌灾害点。但是由于没有采取任何有效防治措施，加之研究区内过往人群较多，致使危险边坡发生崩塌后将直接威胁坡体下过往的居民生命财产、道路、河流及其他设施。

(2)崩塌的岩体结构与失稳方式具有相关性，从崩塌破坏方式角度分析，可将研究区岩质崩塌分为倾倒式、拉裂式、滑移式崩塌三种破坏模式，其中，BT02和BT10灾害点为倾倒式破坏，BT04、BT06和BT07灾害点为拉裂式破坏，BT03为滑移式破坏。

(3)通过建立岩质崩塌灾害破坏方式的计算模型，在选取计算参数的基础上对崩塌危岩体的稳定性进行了计算，结果表明：岩质潜在崩塌BT02、BT10处于欠稳定状态，各岩质崩塌在工况Ⅱ条件下，处于不稳定状态；工况Ⅲ条件下，处于不稳定状态，需要及时采取治理措施。

[1]潘懋,李铁峰. 灾害地质学[M]. 北京大学出版社.2012.

[2]陈秀琼. 内昆铁路K249+159右侧岩质边坡崩塌形成机理及整治措施[D].西南交通大学.2007.

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[4]武金辉. 罗家洞寺崩塌体的成因和失稳运动特点[J].地下水.2016.(1).38(1):148-151.

[5]吴琴. 岩质边坡崩塌破坏机理及其稳定性分析方法[D].重庆交通大学.2010.

[6]中国地质调查局.滑坡防治工程勘查规范(DZ/T0218-2006)[S].2006.

2017-02-14

王化兵(1986-)，男，四川罗江人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质勘察工作。

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