王宇亮，趙家妹，馬立杰

(河北聯(lián)合大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北唐山 063009)

0 引 言

尾水調(diào)壓室受天然形成的地質(zhì)狀態(tài)(如地應(yīng)力、巖體物理力學(xué)參數(shù)、地下水、構(gòu)造條件等因素)和人工開挖操作(如開挖方式、支護方式、支護時間等因素)影響很大［1-5］。其主要問題一是跨度大、高邊墻的巨大開挖面與巖體結(jié)構(gòu)面組合而產(chǎn)生的塊體穩(wěn)定性問題;二是巖體結(jié)構(gòu)控制論對危巖體的控制作用［6］。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

壩區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，相對高差千余米，為典型的深切“V”型谷。地貌上右岸呈陡緩相間的臺階狀，左岸呈山梁與淺溝相間的微地貌特征。尾水調(diào)壓室所在區(qū)域巖性為中厚層角礫狀大理巖，頂拱有斷層通過，圍巖為Ⅳ類。主要發(fā)育第①、②組裂隙，第①組層面裂隙產(chǎn)狀為N50～60°E/NW∠30～40°，多條，間距30～70 cm，延伸均大于10 m，平直粗糙無充填，局部銹染，均為閉合狀態(tài);第②組裂隙組也較發(fā)育，產(chǎn)狀N70～80°E/SE∠60～70°，多條，間距30～50 cm，延伸均為1～3 m，起伏粗糙無充填，輕微銹染，均閉合。斷層發(fā)育在樁號151°頂拱偏山內(nèi)側(cè)，產(chǎn)狀N70～80°E/SE∠70～80°，洞內(nèi)揭露延伸長度大于10 m，帶寬50～100 cm，斷層帶內(nèi)巖體較破碎，為碎屑狀角礫巖、碎礫巖，斷層帶范圍濕潤、銹染，力學(xué)性質(zhì)較差。

1.2 巖體結(jié)構(gòu)特征

構(gòu)成尾水調(diào)壓室頂拱圍巖主要是大理巖，同時還存在煌斑巖脈和斷層，各組結(jié)構(gòu)面的空間組合關(guān)系及性狀將是決定整體及局部穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。尾調(diào)室各組裂隙的空間組合關(guān)系如下圖1～3所示。

由圖可知:結(jié)構(gòu)面極點等值線圖落在第四象限偏N方向的層面裂隙為緩傾～中傾角度，落在第二象限偏S方向的第2組裂隙和落在第一象限的第4組裂隙均為大角度近乎直立的。尾調(diào)室裂隙發(fā)育優(yōu)勢產(chǎn)狀主要集中在三個方向，其中走向NE，傾NW組層面裂隙和走向NE，傾SE第2組裂隙較發(fā)育，而走向NWW，傾NE或SW的第四組裂隙發(fā)育相對較少。

由上述結(jié)構(gòu)面極點投影圖和走向玫瑰花圖的分析，按照統(tǒng)計學(xué)的規(guī)律，可以進一步得到尾水調(diào)壓室頂拱開挖優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀平均值(見圖4)。并繪制赤平投影大圓弧，可以得到:尾水調(diào)壓室三組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的平均產(chǎn)狀為:N65°E/NW∠33°(用傾向和傾角表示為335°∠33°)，代表第一組層面裂隙產(chǎn)狀;N63°E/SE∠77°(用傾向和傾角表示為 153°∠77°)，代表第二組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀;N77°W/SW∠80°(用傾向和傾角表示為193°∠80°)，代表第四組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀。整理統(tǒng)計裂隙組平均產(chǎn)狀如下表1所示

表1 統(tǒng)計裂隙組產(chǎn)狀

由上述分析得到結(jié)構(gòu)面分組的依據(jù)和產(chǎn)狀平均值，下面將從三組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角分布范圍來分析尾水調(diào)壓室頂拱開挖時組合產(chǎn)生的不穩(wěn)定塊體分布及組合特征。

2 不穩(wěn)定塊體組合分析

尾水調(diào)壓室樁號0+45°～0+120°樁號范圍最大可能塊體為①、斷層面的組合受④和開挖面所切割形成。統(tǒng)計分析結(jié)果表明，尾水調(diào)壓室樁號范圍內(nèi)層面裂隙較為發(fā)育，而且延伸較長，其平均產(chǎn)狀為N40°～50°E/NW∠30°～40°，測得最大延伸長度為20～30 m，平均延伸長度均大于10 m。根據(jù)編錄資料，第④組NWW向裂隙在尾水調(diào)壓室發(fā)育較少，目前發(fā)現(xiàn)的有兩條延伸長10～15 m，產(chǎn)狀EW/N∠70～80°。從圖4中可以看到，f14斷層和層面裂隙僅為不穩(wěn)定四面體提供了兩個切割面，加上洞頂開挖臨空面，還需要一組NWW向裂隙面后緣切割才具備產(chǎn)生不穩(wěn)定塊體的條件，裂隙組統(tǒng)計見下圖5、6。

3 尾水調(diào)壓室塊體穩(wěn)定性分析

以關(guān)鍵塊體理論為基礎(chǔ)對塊體的穩(wěn)定性進行分析［7～9］，經(jīng)現(xiàn)場勘察確認(rèn)，由層面①、斷層面、第四組裂隙④組合形成的塊體在空間發(fā)育特征上具備滑移失穩(wěn)的可能性，其組合形成的塊體為上小下大的四棱臺形狀，平面圖見圖7，剖面圖見圖8。

3.1 參數(shù)選取

尾水調(diào)壓室頂拱巖性為厚層角礫狀大理巖，根據(jù)該水電站可行性研究報告，弱卸荷層面抗剪斷強度參數(shù)為f’=0.60，C’=0.10，由于洞室圍巖揭露的結(jié)構(gòu)面多為斷續(xù)延伸，因此頂拱巖體層間結(jié)合應(yīng)高于弱卸荷巖體，因此本次計算層面強度參數(shù)采用f’=0.7，C’=0.2。④組裂隙中延伸較長者，裂面微張、新鮮，隙間無膠結(jié)，因此強度參數(shù)采用 f’=0.6，C’=0.04。斷層面抗剪斷強度參數(shù) f’=0.30，C’=0.05。

3.2 穩(wěn)定性分析

通過軟件計算，揭露塊體由實測的①、④結(jié)構(gòu)面和斷層面切割產(chǎn)生，其安全系數(shù)1.079，塊體大小約為16 m3，高約10 m，其滑動模式為受層面和斷層面切割形成楔形塊體，受裂隙④結(jié)構(gòu)面切割產(chǎn)生破壞。

4 結(jié)論及建議

實測的①、④結(jié)構(gòu)面和斷層面切割產(chǎn)生的不穩(wěn)定塊體，在45°～120°樁號附近，裂隙面組合形成的潛在不穩(wěn)定塊體規(guī)模相對較大，單個塊體最大可達16 m3，破壞模式主要為沿節(jié)理組④滑動掉塊;該塊體在自然狀態(tài)下安全裕度不高，應(yīng)進行支護，在后續(xù)的開挖時盡量采用光面爆破方式，減少對該部位的爆破擾動。建議隨施工進度，對該塊體不斷進行地質(zhì)復(fù)核，必要時采用強支護的手段。

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