杨晓辉

摘 要：西龍池下水库库区分布有大小不等的危岩卸荷体，靠近库岸的约有19.3万m3，如果其发生崩塌，会影响水库的安全运行，必须对其进行一定处理，确保库岸周围山体的稳定。本文通过对部分不稳定块体进行计算分析，提出有效的处理措施，以确保工程安全。

关键词：不稳定块体;危岩;卸荷岩体

中图分类号：TV542 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）25-0082-05

Design of Dangerous Rock Treatment on Lower Reservoir Bank of Xilongchi

YANG Xiaohui

（Power China Beijing Engineering Corporation Limited，Beijing 100024）

Abstract： There are dangerous rock unloading bodies of different sizes distributed in the reservoir area of Xilongchi Lower Reservoir. There are about 193，000m3 near the reservoir bank. If the reservoir collapses， it will affect the safe operation of the reservoir. It must be treated to ensure the stability of the mountain around the reservoir bank. Through the calculation and analysis of some unstable blocks， this paper put forward effective measures to ensure the safety of the project.

Keywords： unstable block;dangerous rock;unloading rock mass

1 研究背景

西龙池下水库两侧岸坡陡峻，山顶高程1 400～1 534m，与库底相对高差为600～700m，呈陡缓相间的“梯坎”状。左侧库岸冲沟发育，局部切割呈“墙”状山脊，发育悬谷[1]。右侧库岸则为陡立的岩壁地形。在这些高陡的基岩岸坡上，分布有潜在的不稳定岩体，若不稳定岩体产生滑塌，对水库主体工程的正常施工及电站今后的安全运行均有可能造成直接危害。因此，在水库主体工程施工前有必要对水库周边不稳定岩体预先进行开挖处理。

2 库岸自然边坡稳定分析

水库库岸地形复杂、陡峻，垂直向呈陡缓相间的“梯坎”状，陡立的地形坡度大于70°，高差为60～300m，长为数十米至几百米，缓坡地段坡度10°～45°，高差10～70m;水平向则以深切沟谷与“墙”状山脊相连，沟谷宽5～30m，沟底坡度10°～40°或更陡，“墙”型山脊厚20～160m、长40～340m，沟底与脊顶相对高差为50～137m。组成岸坡的岩石为崮山组上段（∈3g2）至上马家沟组（O2s）的灰岩、白云岩及页岩，岩层倾向山里，倾角5°～12°，发育的主要断层、裂隙方向为NE10°～20°、NE30°～60°、NW330°～334°和NW280°～290°，并控制着高陡边坡的形成[2]。水库自然边坡的稳定性具有如下特点。

①库岸自然边坡的陡壁间均有缓坡相隔，其组合形态为天然的复式结构;组成岸坡的岩石风化相对较弱，而岩层又倾向山里，不易形成山岩整体破坏的基本条件。

②自然岸坡最低的一级陡壁（由崮山组地层形成）底部高程为820～840m，高出Ⅲ级阶地（阶地高程700～720m）120m，并在山前形成了崩坡积体，覆盖于中更新世洪积扇之上，据此认为岸坡形成时期与古洪积扇形成年代相近，其经历了长期的水流冲刷、风化剥蚀作用，以及边坡稳定性的调整，岸坡的改造已经基本完成。通过地表调查和平洞勘探发现：与岸坡平行且不利于岸坡稳定的卸荷张开裂隙较少，只是在陡壁的顶部或凸出的山脊有卸荷裂隙发育，一般厚度2～8m。可见，当前自然岸坡整体趋于稳定状态，仅局部仍残留有少量的分离体[3]。

③危及岸坡稳定的结构面是反倾向的缓倾角结构面，而此类构造面在本区不发育，因此出现不稳定结构体的概率也就较小。

④岸坡的发育方向受长大结构面控制，所以结构体的稳定性是边坡稳定的主要问题。经分析可知，最为发育的结构面组合切割形成的结构体的棱线倾角在80°以上，大于自然边坡，对岸坡稳定的影响较小。因此，若不人为地破坏坡脚，其自然边坡的稳定性较好。

⑤运用刚体平衡理论分析控制山体失稳的边界条件，结果表明：岸坡山体仅存在临空面和侧向切割面，而较完整的后缘切割面还未形成，更无控制性底滑面，因此不存在整体失稳的边界条件。但是，仍假设存在临空面、侧向和后缘切割面，以岩层层面作为底滑面，并考虑局部倾向山外，且最大倾角不会大于12°，以此进行稳定计算，其安全系数[K]大于2。

⑥运用有限单元法对应力分布进行计算，结果表明：拉应力仅存在岸坡的顶部，且均小于0.2MPa，此值远小于岩石的抗拉强度。

⑦据PD97-1、PD97-2、PD97-3、PD97-4号平洞揭示，未发现卸荷带，说明水库库岸岩体卸荷带不发育，其稳定性主要受结构面组合切割而形成的结构体控制[4]。

综上所述，库岸高边坡整体稳定性较好，仅局部存在少量残留的分离体和卸荷岩体，岸坡稳定受结构体控制。

3 库岸危岩统计

为了更详细地调查统计残留危岩和卸荷岩体的位置和体积，分别对库岸边坡进行了分级、分段研究。

垂直向分为三级高边坡：Ⅰ级边坡邻近库岸，底高程为810～840m、顶高程为870～890m，岩层为崮山组第二段（∈3g2）;Ⅱ级边坡亦近邻库岸，底高程为900～930m、顶高程为1 100～1 150m，岩层为长山组第二段（∈3c2）、凤山组（∈3f）和冶理组第一段（O1y1）;Ⅲ级边坡离库岸较远，底高程为1 110～1 300m、顶高程为1 400～1 510m，岩层为下马家沟组第二段（O2x2）和上马家沟组第一段（O2s1）。Ⅰ、Ⅱ级之间为长山组第一段（∈3c1）形成的缓坡，坡高为10～20m、坡度为5°～20°;Ⅱ级边坡以上为冶里组第二段（O1y2）和亮甲山组（O1L）地层形成的陡坡，坡高约190m、坡度为30°～50°，局部还有高约10m的陡坎[5]。

Ⅰ、Ⅱ级边坡邻近库岸，对水库正常运行影响较大，因此重点对其进行分析研究。自右坝肩开始，顶部沿环库公路引一导线，止于左坝肩，长度约2 100m，将Ⅰ、Ⅱ级边坡划分为A、B、C、D四个区段，分区分段危岩统计见表1。

4 危岩处理范围

在统计的危岩中，对水库影响较大的有三处：①B区，桩号0+400m～0+460m，为F104断层上盘岩体滑移后残留的分离体，总体积为0.45×104m3，其中0.30×104m3分布高程为822～890m，影响岸坡防渗体的稳定;②路子沟口右侧（B区桩号0+800m～0+940m），分布在高程950～1 026m，后缘有F114-1断层切割，东侧为沿F114形成的冲沟（即路子沟），受F114影响，山体内NE方向小规模断层及NE、NW方向裂隙极为发育，致使岩体风化卸荷，稳定性较差，估算其潜在不稳定岩体体积为4.8×104m3;③C区桩号1+200m～1+800m，分布高程900～940m，后缘被F118断层切割，残留有分离体和卸荷岩体，残留体已基本脱离山体，其体积为0.33×104m3，卸荷岩体体积为1.5×104m3。对这三处危岩应采取妥善的处理措施。

表1中统计的不稳定岩体总体积约为19.3×104m3，基本位于正常蓄水位840m以上，对水库有直接影响，应采取相应处理措施，防止其入库。此外，Ⅱ级边坡上尚存在约10×104m3的潜在不稳定体，远离库岸的Ⅲ级边坡上亦存在一些潜在的不稳定体，其对水库虽无直接影响，但应注意观测其变形情况。施工时要严格按照开挖边坡建议值开挖，尽量不人为地破坏岸坡坡脚，以保持岸坡自然状态的稳定。

5 危岩处理设计

5.1 危岩处理设计计算

5.1.1 计算工况及荷载组合。根据本工程的特点，考虑如表2所示的计算工况及荷载组合。

5.1.2 稳定安全系数的取用。由于库岸危岩处理工程不同于电站主体工程，因此，考虑适当降低危岩体的稳定安全系数，按表3取用。

5.1.3 稳定计算。计算简图如图1所示（图中未示地震荷载）。

由于危岩体的稳定计算在规范中没有规定，因此按刚体极限平衡理论计算，计算公式如下。

[K=f·ΣWΣP]                                   （1）

[K′=f′·ΣW+c′∙AΣP]                              （2）

式中，[K]表示按抗剪公式计算的抗滑稳定安全系数;[f]表示危岩体沿假定滑动面的抗剪摩擦系数，根据地质专业提供的资料，取0.55;[ΣW]表示作用在危岩上的全部荷载在垂直于假定滑动面方向的分力;[ΣP]表示作用在危岩上的全部荷载在平行于假定滑动面方向的分力;[K′]表示按抗剪断公式计算的抗滑穩定安全系数;[f′]、[c′]表示危岩体沿假定滑动面的抗剪断摩擦系数和黏聚力，取[f′]=0.65，[c′]=0.5MPa;[A]表示滑动面的计算截面积。

5.2 危岩处理设计

库区危岩不稳定体BW1～BW14、S2～S3、S6～S8、S10～S11、S13、S17～S18、S20～S21、S25、S29～S32等共计31块约19.3×104m3，潜在不稳定体QW1～QW13共计13块约20.4×104m3。其中，不稳定体BW13、S2、S11、S17、S18、S20、S21、S29在水库库盆开挖时进行处理;BW1～12、BW14、S3、S6～S8、S10、S13、S25、S30～S32共23块约17.8×104m3，采用爆破技术挖除。其他潜在不稳定体距库岸较远，原则上不做处理，但应注意观测其变形情况。

6 危岩处理措施

①危岩处理开挖采用控制爆破方法。对全部挖除类危岩，全部爆破挖除。对部分挖除类危岩，可进行分层分块钻孔开挖爆破，部分挖除，开挖应当由上而下。

②每块危岩最终实施的爆破开挖方法还应根据现场地质地形情况进行调整，避免危岩处理开挖扰动附近山体，或形成新的不稳定岩体，以保证经危岩处理开挖后的山体和边坡及其附近的山体和边坡的稳定性。

③为保证水库库岸的稳定和水库的安全运行，还应布设测量观测设施，以观测水库库岸边坡在运行期的稳定性，并根据地形地质条件设置适当的落石防护措施。

参考文献：

[1]张晓科，秦四清，李志刚，等.西龙池抽水蓄能电站下水库BW2危岩稳定性分析[J].工程地质学报，2007（2）：174-178.

[2]陈洪凯，王蓉，唐红梅.危岩研究现状及趋势综述[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2003（3）：18-22.

[3]王殿兴.阎王鼻子水库坝肩危岩处理施工工艺[J].黑龙江水利科技，2014（7）：174-177.

[4]张恩强.广东英德空子水库危岩爆破拆除设计[J].内蒙古水利，2014（6）：49-50.

[5]严匡柠.拆除爆破技术在西龙池抽水蓄能电站危岩处理中的应用[J].水力发电，2003（5）：61-62.