王化兵

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

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庫(kù)爾勒市鐵門關(guān)水電廠崩塌發(fā)育特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

王化兵

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

崩塌是庫(kù)爾勒市鐵門關(guān)水電廠的主要地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)危巖體失穩(wěn)破壞的模式，研究區(qū)主要發(fā)育為滑移式破壞。庫(kù)爾勒市鐵門關(guān)水電廠內(nèi)巖質(zhì)崩塌破壞的主要荷載有危巖體自重、天然狀態(tài)的裂隙水壓力、暴雨?duì)顟B(tài)的裂隙水壓力和地震力，可以構(gòu)成4種荷載組合。據(jù)此，運(yùn)用極限平衡理論及巖體結(jié)構(gòu)理論建立了巖質(zhì)崩塌破壞的計(jì)算模型，并對(duì)滑移式破壞模式的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，為巖質(zhì)崩塌災(zāi)害的治理提供了理論依據(jù)。

崩塌；發(fā)育特征；穩(wěn)定性；庫(kù)爾勒

崩塌是斜坡變形破壞的三種類型之一，具有發(fā)生突然、下落速度快以及形成倒石堆的特點(diǎn)，是地質(zhì)條件、地理環(huán)境與人文社會(huì)環(huán)境綜合作用的產(chǎn)物[1]。在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[2-5]，本文對(duì)庫(kù)爾勒市鐵門關(guān)水電廠崩塌災(zāi)害的發(fā)育特征以及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，從而可以為該崩塌災(zāi)害的防治工程提供設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)也可以為該地區(qū)類似防災(zāi)減災(zāi)工程提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

該崩塌位于庫(kù)爾勒市北郊的鐵門關(guān)水電廠，行政區(qū)劃隸屬庫(kù)爾勒市，鐵門關(guān)水電廠位于庫(kù)爾勒市境內(nèi)孔雀河上游霍拉山與庫(kù)魯克塔格山相峙的峽谷入口，距庫(kù)爾勒市約8 km，有柏油公路相通，交通十分便利。研究區(qū)調(diào)查面積為0.537 km2，經(jīng)過(guò)前期調(diào)查研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型有兩種，主要為崩塌災(zāi)害，其次為泥石流災(zāi)害。其中崩塌廣泛分布于電廠廠房北側(cè)和廠區(qū)道路東側(cè)的山體；泥石流共有3處，分布于研究區(qū)西側(cè)兩條溝谷和電廠開(kāi)關(guān)站東側(cè)的溝谷中。本文主要以研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的崩塌災(zāi)害為研究對(duì)象。為敘述方便，本次沿研究區(qū)山體坡腳一線由北向南進(jìn)行了里程分段，起點(diǎn)為檢修分廠辦公室北側(cè)，設(shè)置為K0+000，終點(diǎn)為廠區(qū)南部道路的沖溝處，設(shè)置為K1+040，總長(zhǎng)1 040 m。

1 崩塌發(fā)育特征

1.1 崩塌堆積體特征

崩塌堆積體分布于山體坡腳或山體溝谷，由于巖性不同，節(jié)理裂隙的發(fā)育不相同，所產(chǎn)生的崩塌堆積體大小也有不同，可以根據(jù)地層巖性劃分為八個(gè)不同的特征段，其中K0+020—K0+140段崩塌堆積體和K0+360—K0+680段崩塌堆積體特征如下。

1.1.1 K0+020—K0+140段崩塌堆積體(檢修分廠辦公室北側(cè)山體)

崩塌堆積體巖性為混合巖，主要分布在山體坡腳，單體體積一般為0.08～0.1 m3，最大體積0.3 m3，為呈不規(guī)則狀，崩塌堆積體距山體坡腳最大距離為12 m，崩塌堆積物一次崩塌量約2～5 m3，累計(jì)總體積約50 m3，現(xiàn)大部分已被電廠清理，崩塌堆積體照片如圖1所示。

1.1.2 K0+360—K0+680崩塌堆積體(發(fā)電廠北部道路東側(cè)山體)

崩塌堆積體巖性主要為混合花崗巖和鉀長(zhǎng)花崗巖(兩者性狀條件相似，故劃分為同一段)，主要分布在山體坡腳，呈散狀分布，單體體積一般為0.1～0.2 m3，最大體積0.5 m3，為呈不規(guī)則狀，崩塌堆積體距山體坡腳最大距離為18 m，崩塌堆積體照片如圖2所示。一次崩塌量約40～60 m3，累計(jì)總體積約800 m3，現(xiàn)大部分已被電廠清理。

圖1 K0+020—K0+140段崩塌堆積體 圖2 K0+360—K0+680崩塌堆積體

1.2 危巖體(帶)特征

崩塌按危巖離開(kāi)母巖的方式分為滑移式崩塌、傾倒式崩塌和墜落式崩塌三類，相應(yīng)的危巖分別稱為滑移式危巖、傾倒式危巖和墜落式危巖。根據(jù)本次現(xiàn)場(chǎng)勘查，該研究區(qū)主要以滑移式危巖和墜落式危巖為主?；剖轿r主要分布在K0+140—K0+360段和K0+360—K0+680段，其余段以墜落式危巖為主。由于該區(qū)單個(gè)危巖體分布密集，呈(面)片狀大面積排列分布，故按其特征劃分為危巖帶，根據(jù)地層巖性劃分為八個(gè)不同的特征段，其中各段危巖帶特征分述如下：

1.2.1 K0+020—K0+140危巖帶(檢修分廠辦公室北側(cè)山體)

該段巖性主要為混合巖，危巖帶頂面標(biāo)高1 017 m，底面標(biāo)高990 m，危巖帶分布最大高度27 m，坡向?yàn)?00～210°，坡度為45°～60°，局部直立，根據(jù)裂隙發(fā)育密度情況和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，單塊危巖體體積一般0.3～0.5 m3，如圖3所示。危巖帶主要發(fā)育4組節(jié)理，其中最發(fā)育的一組節(jié)理走向?yàn)?30°。根據(jù)物探資料，結(jié)合裂隙深度調(diào)查，危巖帶0.5～1 m為強(qiáng)風(fēng)化層，節(jié)理裂隙發(fā)育，1～9 m為中弱風(fēng)化層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，9 m以下巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育。該段危巖帶分布面積為4 461 m2，按強(qiáng)風(fēng)化層厚度計(jì)算，總體積為4 461 m3。

1.2.2 K0+360—K0+680危巖帶(發(fā)電廠北部道路東側(cè)山體)

該帶地層巖性為鉀長(zhǎng)花崗巖和混合花崗巖(兩者性狀條件相似，故劃分為同一段)，危巖帶坡向?yàn)?50°～270°，坡度為50°～70°，危巖帶頂面標(biāo)高1 090 m，底面標(biāo)高985 m，危巖體最大高度105 m，如圖4所示。根據(jù)裂隙發(fā)育密度情況和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，單個(gè)危巖體體積一般0.5～0.8 m3，廠區(qū)道路距山體距離20～30 m，主要發(fā)育2組節(jié)理，最發(fā)育的一組節(jié)理走向?yàn)?00°。根據(jù)物探資料，結(jié)合裂隙深度調(diào)查，危巖帶0.5～1 m為強(qiáng)風(fēng)化層，節(jié)理裂隙發(fā)育，1～7.5 m為中弱風(fēng)化層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，7.5 m以下巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育。該段危巖帶分布面積為36 400 m2，按強(qiáng)風(fēng)化層厚度計(jì)算，總體積為36 400 m3。

圖3 K0+020—K0+080危巖帶 圖4 K0+360—K0+680危巖帶

2 巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性計(jì)算

勘查區(qū)危巖帶大部分地段表層節(jié)理裂隙發(fā)育，將巖體切割為塊體而導(dǎo)致崩塌發(fā)生，無(wú)大的裂縫存在，無(wú)整體崩塌的可能。但在K0+300—K0+360段，混合花崗巖與斜長(zhǎng)角閃巖巖層分界線之間存在一條環(huán)形貫通的裂縫，長(zhǎng)度54 m，寬度0.1～0.2 m，深度2～4 m不等，主要充填物為巖石碎屑物。通過(guò)調(diào)查訪問(wèn)和野外實(shí)地勘查，判斷該段危巖體有整體滑動(dòng)的可能。故本次對(duì)該段危巖體整體穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

2.1 荷載計(jì)算

2.1.1 基本假設(shè)

(1)結(jié)構(gòu)面(滑裂面)為直線；

(2)所有結(jié)構(gòu)面均服從摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則；

(3)安全系數(shù)的定義為結(jié)構(gòu)面上抗滑力與下滑力的比值；

(4)危巖體發(fā)生崩塌視為整體性下滑；

(5)結(jié)構(gòu)面夾角為結(jié)構(gòu)面組合形成的交角，其危巖體滑動(dòng)面即為結(jié)構(gòu)面與上部邊界確定，上部以環(huán)形貫通裂縫邊界。

2.1.2 荷載組合

危巖穩(wěn)定性計(jì)算采用以下四種工況：

(1)工況1：自然工況(現(xiàn)狀)，F(xiàn)S≥1.30；

(2)工況2：暴雨工況，F(xiàn)S≥1.30；“暴雨”采用強(qiáng)度重現(xiàn)期為20 a一遇暴雨。

(3)工況3：地震工況(校核工況)，F(xiàn)S≥1.10；

(4)工況4：暴雨+地震工況(校核工況)，F(xiàn)S≥1.10，“暴雨”采用強(qiáng)度重現(xiàn)期為20 a一遇暴雨。

2.2 計(jì)算方法

本文主要采用極限平衡法對(duì)研究區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于滑移破壞模式崩塌穩(wěn)定性的計(jì)算可以采用《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)中滑移式崩塌計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)算[6]。其滑移式計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)為：

(1)

式中： Fs為滑動(dòng)面上的抗滑力；Fr為滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力。

3 巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算參數(shù)取值

研究區(qū)該危巖體高度為56.10 m，斜長(zhǎng)角閃巖容重28.0 kN/m3，混合花崗巖容重26.6 kN/m3，計(jì)算滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面夾角55.42°，由于無(wú)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)面內(nèi)聚力c依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2002)中4.5.1邊坡力學(xué)參數(shù),確定危巖體結(jié)構(gòu)面屬硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度一般。內(nèi)聚力c選用較低值，取90 kPa，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角φ取27°。計(jì)算裂隙水位視為全部被水充填，危巖體具體計(jì)算特征參數(shù)如表1所示。

表1 危巖體計(jì)算特征參數(shù)

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)地勘結(jié)果，本文運(yùn)用《巖土勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)》與《工程地質(zhì)手冊(cè)》中推薦的計(jì)算模型對(duì)研究區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)上表可以看出，該段危巖體在暴雨工況、暴雨+地震工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，與實(shí)際崩塌情況相符。

3.3 崩塌穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)

在對(duì)研究區(qū)危巖體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別從地形地貌、地層巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和降雨等角度對(duì)崩塌災(zāi)害的穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

(1)地形地貌：研究區(qū)內(nèi)山體陡峻，山體與發(fā)電廠房處地面做最大高差將近200 m，山體坡度在60°～80°，陡峻斜坡地形是形成崩塌的必要條件，局部地段近于直立，巖體在重力作用下，有利于崩塌的發(fā)生。

(2)地層巖性：組成高陡斜坡的地層為花崗巖和角閃巖，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。陡崖及陡坡基巖裸露，表層巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體本身為脆性巖石，在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力或自身重力作用下，應(yīng)力不均勻而產(chǎn)生構(gòu)造和拉張裂隙，有利于崩塌的發(fā)生。

(3)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：研究區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，上升幅度大，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，從而加劇了崩塌災(zāi)害的發(fā)生。巖體發(fā)育3～4組節(jié)理(裂隙)，沿巖層走向或陡崖坡面傾向方向的垂直、傾斜節(jié)理(裂隙)，將巖體切割為塊狀或楔形體，巖體在重力作用下，沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)或傾倒。

(4)降雨及冰雪融水：降雨對(duì)該區(qū)的崩塌有很大的影響，雨水充填于巖體的節(jié)理裂隙中，降低了結(jié)構(gòu)面的黏結(jié)強(qiáng)度，巖體在重力作用下，沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)或傾倒。

通過(guò)對(duì)以上產(chǎn)生崩塌的原因分析，結(jié)合近幾年電廠發(fā)生的災(zāi)害的情況分析，該區(qū)的崩塌災(zāi)害在風(fēng)化、降水等外力作用下，處于頻繁活動(dòng)期。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 農(nóng)一師電力公司煤礦巖質(zhì)崩塌目前共發(fā)育有6處，規(guī)模上屬于中小型，其中，BT02、BT04、BT06、BT07和BT10為潛在崩塌災(zāi)害點(diǎn)，BT03為已發(fā)生崩塌災(zāi)害點(diǎn)。但是由于沒(méi)有采取任何有效防治措施，加之研究區(qū)內(nèi)過(guò)往人群較多，致使危險(xiǎn)邊坡發(fā)生崩塌后將直接威脅坡體下過(guò)往的居民生命財(cái)產(chǎn)、道路、河流及其他設(shè)施。

(2)崩塌的巖體結(jié)構(gòu)與失穩(wěn)方式具有相關(guān)性，從崩塌破壞方式角度分析，可將研究區(qū)巖質(zhì)崩塌分為傾倒式、拉裂式、滑移式崩塌三種破壞模式，其中，BT02和BT10災(zāi)害點(diǎn)為傾倒式破壞，BT04、BT06和BT07災(zāi)害點(diǎn)為拉裂式破壞，BT03為滑移式破壞。

(3)通過(guò)建立巖質(zhì)崩塌災(zāi)害破壞方式的計(jì)算模型，在選取計(jì)算參數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)崩塌危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明：巖質(zhì)潛在崩塌BT02、BT10處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，各巖質(zhì)崩塌在工況Ⅱ條件下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；工況Ⅲ條件下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要及時(shí)采取治理措施。

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2017-02-14

王化兵(1986-)，男，四川羅江人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)勘察工作。

P642.21

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1004-1184(2017)03-0212-03