王寿宇

（水电水利规划设计总院，北京 100120）

1 引言

目前水电开发逐步向各流域上游挺进，坝址区多高山峡谷地貌，两岸边坡高陡，山顶海拔高程多在4 000 m以上，河流沿线及其支流强烈侵蚀切割，山崖陡峭，形成高差达千余米深切河谷，通行艰险。坝址区自然边坡高度达500 m 以上，地形坡度45°～75°不等，局部有直立悬崖；边坡往往基岩裸露，该区地震烈度高，加之坡体中裂隙型小断层较发育，同时此区域均为高山、高寒区域，岩体风化卸荷强烈，边坡上部往往广布危岩体，且危岩体规模较大。危岩体的失稳对水电站施工期、运行期人员设备构成重要安全威胁，需进行专题研究，并采取相应的防护措施，确保作业人员等的安全。将从西部水电开发中危岩体勘察、发育特征、危害性、防治等进行探讨和论述，提出相应的意见和建议，以供各方参考。

2 危岩体掉落破坏实例

西部某水电站枢纽区为高山峡谷地貌，岸坡陡峻，左岸顶高2 690 m，坡高2 110 m以下坡面坡度450°～70°，2 110～2 300 m有局部悬崖；右岸顶高2 625 m，坡面坡度50°～70°，边坡岩性为花岗闪长岩，岩质坚硬，以弱风化为主，整体稳定条件好。但边坡岩体节理裂隙发育，表部卸荷较强烈，节理裂隙的随机组合，分布有多处危岩体，危岩体大多稳定性差，经常出现掉块现象，其失稳对工程建筑物、人员及设备安全影响较大。2019年9月17日，左岸地面开关站后边坡挡墙外上部自然边坡发生掉块，上部被动网局部被砸坏，2019年9月25日，大坝右岸下游侧高程2 260 m 自然边坡局部危石掉块，造成下部的施工设施、变压器及冷水机组等设备损坏。

3 危岩体勘察

高边坡危岩体勘察用传统的技术难度大、危险性高，为查明枢纽区危岩体分布及边界条件等分布特征，我们需在传统的调查、测绘、勘探等工作基础上，综创新性的合运用三维激光扫描技术、三维数码照相及无人机倾斜摄影测量技术，结合现场地质精细描述及室内试验、分析，查明危岩体发育部位及微地貌特征、岩体结构、拉裂缝深度、侧缘控制边界等工程地质条件，实现了对危岩体各项特征准确界定，为后续危岩体防治打下了扎实的基础。其中：①三维激光扫描技术可优化传统地质调查过程，且室内数据处理软件技术成熟，可实现对危岩体的定量分析，如：危岩体几何尺寸测量，高精度危岩剖面图等。②三维数码照相应用于高陡（岩质）边坡地质测绘中，有效解决了人无法直接到达现场开展外业工作的矛盾，尤其是西部高山峡谷地形。同样，针对危岩体的勘察，也可作为一项新的技术得以运用。从危岩体数据利用方面来看，三维数码照相可系统获取危岩体地质结构面的三维出露迹线，同时直接用于等高线的生成、任意一点三维坐标的提取、结构面迹长的测量和结构面信息的提取。③倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多角度相机阵列，从而满足了从侧面纹理的采集需求。无人机倾斜摄影测量就是以无人机为飞行平台、以影像传感器为任务设备的航空遥感影像获取系统，系统包括无人机平台、摄影传感器、地面站和导航系统。通过同一平台上的多台传感器分别从垂直、倾斜等多个角度采集影像，同时进行倾斜影像数据处理、整合其他地理信息等，进而输出三维模型等产品。

4 危岩体发育特征

危岩体发育特征在宏观上可划分为单体和群体危岩两类，单体危岩主要有危石、危岩体以及孤石；当单体危岩发育分布范围较广时，其往往具成带（群）分布特征，这种由多个单体危岩组合而成的危岩带（群体）即为群体危岩，其主要包括危石群、危岩带和孤石群，按规模对危岩体进行分类。同时，危岩在形成演化过程中，不同阶段也会呈现出与其相对应的结构和形态特征，不同的结构和形态特征便可反映出其可能的变形失稳模式及其稳定性，为了能更直观的识别工程区的危岩体类型、明确体现该类型危岩体的变形破坏机理，为危岩稳定性评价和防治措施提供可靠依据，按危岩的发育特征和岩体结构特征将其分为：贴壁式、倒悬式、砌块式、墩座式、错列式、孤立式等六种基本类型，其中倒悬式按边界条件可分为悬臂式和坠腔式两亚类；砌块式按岩体结构还可细分为块裂式、板裂式和碎裂式。

5 危岩体失稳破坏特征

危岩体失稳破坏特征从工程防治的角度分类更有现实价值，可概化为三类：滑塌式、倾倒式和坠落式危岩。边坡上的危岩体，一般与坡脚可达数百米高差，一旦脱离母岩体形成落石。起滚后将在重力和坡面的共同作用下向下运动，经过斜抛、碰撞和滑动等多种方式向下，给其下的生命财产、建构筑物及设备、基础设施等造成直接破坏。概括而言，在重力作用下落石主要以自由飞落、跳跃、滚动、滑动为主，在坡角变化之处或发生碰撞后，都会形成飞落；滚石在自由飞落过程中一旦遇到坡面的阻挡，就会发生碰撞弹跳，当滚石撞击等方式后形成滚动，常见短距离弹跳模式有一系列连续抛物线。坡面的不规则程度、落石质量对落石运动状态的影响很大。坡面相对均一，落石主要作小弹跳和滑移运动；反之，落石作有滑动的滚动。

由于工程场区不同、危岩基本特征（规模、岩体结构、失稳模式）以及坡面特征组合（坡度、植被、坡表强度）等的不同，危岩失稳后，沿着坡面运动的状态与建构筑物接触时的冲击功就会有较大差别，从而对建构筑物的破坏程度就有所不同。

6 危岩体稳定性评价

研究表明，影响危岩体稳定性的因素主要有：岩体的控制性结构面完备程度、张开程度、倾角及地形坡度；降雨、人工爆破和地震等构成影响危岩体稳定性的最主要外界因素。岩体的控制性结构面完备程度、张开程度等是危岩体变形失稳的物质基础，降雨、人工爆破和地震等是危岩体变形失稳的外动力因素。工程地质作为基本条件能反映出危岩体天然状态下的稳定性本质，与主要影响因素共同作用显现出危岩体稳定程度。这些因素相互综合作用构成危岩体稳定性的总体影响；一些因素对危岩体起控制影响，另一些因素则通过与其它因素的相互作用对危岩体稳定性产生显著的综合影响。在充分研究工程地质条件的基础上选择评价指标，分析评价指标对危岩体稳定性的影响程度，最终归纳总结出便于野外现场快速判断的评价指标。有研究显示，岸坡岩体的控制性结构面完备程度、张开程度、倾角及地形坡度四个方面已经构成影响危岩稳定的主要因素。通过对危岩稳定性影响因素分析，选取了地形坡度，控制性结构面倾角、完备程度及张开程度四个稳定性判别指标为稳定性分级指标，分别为极差、差、较差。同时，根据《滑坡防治工程勘察规范》中危岩体稳定性等级划分标准，又可将危岩稳定性划分为不稳定、欠稳定、基本稳定和稳定四种状态。

7 危岩体危险性分级

危险性等级划分根据危岩赋存的地形、岩体结构和风化程度等特征，建立危险源稳定性现场判断标准、半定量判定标准，并根据其规模和稳定性综合确定。危岩体崩塌灾害已成为西部水电工程大规模开发所面临的重要地质灾害，系统研究危岩体崩塌灾害对项目区产生危险性内在机理，在水电开发过程中建立防灾减灾预案和设计灾害防治工程都有着重要的现实意义，开展危险性研究需建立相应的危岩危险性评价体系。危岩危险性评价体系的建立是一个系统工程，其核心问题主要有选定评价方法、选取评价指标及建立评价体系。有关地质灾害危险性评价方法主要有模糊综合评判法、神经网络法等常用方法。上述方法均具有样本数量越大，样本代表性越强，其评价标准可靠性越高的特点。但所需要的工程区大量样本数据，短时间内较难获取。因此危岩的危险性分级标准建立以定性判别为主，遵循简便适用的原则，能真实反映研究区危岩发育对枢纽区水工建筑施工、运行的影响。

危岩崩塌灾害具有不同于其它地质灾害形式的差异性，其发生发展直至破坏的内在机理、整体运动以致产生破坏的过程都是作为一种特殊的地质灾害显现的。危岩灾害本身，其危险性分析是在稳定性评价的基础上对危岩体成灾的可能性和发生的几率进行分析评价。危岩灾害不同于其它地质灾害的显著特点：①破坏失稳的突然性。②破坏运动速度快、轨迹和形式多变。③以侧面冲撞或正面撞击方式导致构建筑物或设备破损。④破坏过程具有明显的三个阶段性，即破坏阶段、失稳后运动阶段（滚石运动）、对受灾体冲撞阶段。因此，危岩危险性主要由危岩体的稳定性、失稳后的运动轨迹、以及灾害体到达承灾对象时所产生的破坏能力（冲击力大小）所决定。综上可知，危岩体失稳破坏产生灾害的影响要素：危岩体发育规模、危岩体自身稳定性和威胁对象的等级。针对水电站而言，坝址区两岸边坡地形坡度较陡，植被覆盖率较低，中高高程危岩体或其它危险源一旦失稳后其运动速度较快一般都能抵达承灾对象并且产生较大的冲击力，低高程危岩或其它危险源失稳后对公路、车辆以及行人亦能产生较大威胁。因此，对工程区危岩危险性分析时可忽略高差的影响，应在危岩规模和稳定性基础上针对其威胁对象进行危险性等级的划分。目前，水电工程危岩体处理尚无统一的标准和规范，采用其他行业规范与水电工程实际情况差别较大，工作中可参考以往大型水电开发中的经验，将危岩危险性评价标准按危岩规模、危岩稳定性及危胁对象等级“三要素”将危岩体危险性等级按危害性程度由大到小划分为三个等级：危险性Ⅰ级、危险性Ⅱ级、危险性Ⅲ级。

8 危岩体防治

由于自然边坡上的危岩体、滚石如不在枢纽主体工程大规模开挖之前进行清理、处置，会造成对下部枢纽区施工人员、设备造成严重威胁。因此对规模大、危险性大的危岩体、不稳定体治理的首要原则是，应在所在部位工程开工之前尽早完成清理或支护。在稳定性评价的基础上，超高陡边坡危岩治理方案确定需综合考虑危岩体的位置、类型、变形破坏机制、稳定性评价及危险性分级等因素，面临施工组织困难、突发性强的难题，针对危岩体分别制定适合其自身条件的个性化治理方案。目前，对危岩体主要采取开挖清除、锚固，对喷锚的危石区设置排水，对坡面随机孤石、陡壁危石区，综合防护治理措施包括主动防护网、分层被动防护网和挡渣墙防护，同时重点危岩体安全监测等。

9 危岩体监测与预警

对危岩体监测通常采用的设备包括表面变形测点、多点位移计、锚索测力计、锚杆应力计等，从表面到岩体内部发生的变形特征能够构成危岩体稳定状态的重要指标，应用锚杆、锚索支护，研究其受力状态，用以辅助判断危岩体的稳定状态。工程实践中已经建立起判断危岩体稳定特性的有效方法，即以变形监测成果为主，支护受力为辅的预警模式。

预警危岩体的稳定性应预先设定变形观测警戒指标，对危岩体的总变形量、变形速率分别设定警戒值，若变形测值超过警戒值，首先要可通过察看是否超越仪器量程或测值合理范围的方法进行初步排除观测失误情形。若未出现上述情况，应组织人员复测，巡视变形部位，进一步排除偶然因素影响。若上述情况皆不存在，则应通过查看附近以及其他测点（包括支护受力监测成果）数据情况判断危岩体的整体稳定状态。当有多个测点的测值超过警戒值或多个测点的测值有增大趋势时，应及时引起警觉，通过加密监测和巡视频次，必要时应采取撤离危岩体下部作业人员、设备等应急措施。

10 结语

西部水电工程大规模开发建设将再次进入新的发展阶段，工程开发步伐将逐步迈进青藏高原深处，这将会使正面临的危岩体问题越来越突出。为此，要广泛收集相关资料，开展针对性的研究探索。系统勘察西部水电工程项目区河谷岸坡的形成演化历史，在查明水电站枢纽区边坡岩体浅表性改造特征的基础上，综合运用传统与现今的多种勘察技术手段，采用原型调研与室内分析相结合、宏观分析与微观分析相结合、工程地质与岩体力学相结合的思路，重点对危岩体的工程地质条件、力学参数、可能的变形破坏模式和边界条件开展深入系统的研究，对危岩体的稳定性进行分析与评价，以此根据不稳定区的工程地质条件和可能的失稳模式及破坏影响等，提出处理措施与监测预警方案。