牙根水电站拉裂松动岩体的工程适宜性研究

胡耀飞， 沈军辉， 聂德新

（1.成都理工大学环境与土木工程学院，四川 成都 610059;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072）

1 基本地质条件

牙根水电工程坝址区基岩为燕山早期茨玛绒侵入体，岩体岩石类型简单，由二长花岗岩组成，具似斑状～中细粒半自形粒状结构，块状～片麻状构造，成分比较稳定。花岗岩中除部分发育连续性较差的平缓构造面外，变形构造类型表现为脆性断裂，但规模不大，以节理、小断层和挤压带为主。岩石自身抗风化的能力中等，岩体风化以裂隙式风化和夹层状风化为主要特点，岩石以弱风化为主。两岸岸坡岩体卸荷极不对称，右岸岩体卸荷明显强于左岸，右岸强卸荷最大深度为207 m，弱卸荷最大深度为216 m，左岸强、弱卸荷深度均在数十米以内。

针对牙根坝址区右岸拉裂松动岩体的结构特点，提出拉裂松动岩体的定义：拉裂松动岩体是指晚更新世以来，在外动力地质作用下，由于应力调整，在特定的岸坡结构的地质背景下，岩体结构面普遍张开，岩体强烈松弛，岩体密度显著下降，岩体整体结构强度急剧降低的一类具有特殊工程地质性状的岩体。坝区右岸分布三处拉裂松动岩体 （见图1）：1号拉裂松动岩体主要分布于Ⅰ～Ⅴ勘线范围内，体积约808万m3；2号拉裂松动岩体主要分布于Ⅶ～Ⅹ勘线下游侧约130 m，体积为400万m3；3号拉裂松动岩体分布于ⅩⅢ勘线PD55平硐附近，体积约为50 万 m3。

2 拉裂松动岩体的工程地质特性

谷坡岩体的卸荷及重力场作用下的变形破裂方式受岩体结构的控制。在河谷下切过程中，右岸拉裂松动 （松弛）岩体的变形破裂模式主要为：①沿缓倾角结构面的差异回弹错动；②中陡倾角结构面的离面卸荷拉裂；③滑移剪张型；④蠕滑拉裂及滑移压致拉裂型；⑤倾倒弯曲拉裂型；⑥滑移弯折型。

通过各种测试及综合地质分析，平硐揭示的拉裂松动岩体有以下特点：①各方向结构面均松弛张开，不仅顺河向中、缓倾角结构面普遍拉裂松动，而且近横河向结构面也明显拉裂松动；②可见呈锯齿状或不规则状新生拉裂撕裂现象；③部分顺坡向拉裂结构面显示上盘下错现象，岩体内见有因松动压剪产生的片状碎屑，局部岩块突点接触处压碎呈粉末状；④作为部分底界面的f5-1和f1-6缓倾坡外的小断层带内物质被压剪挤入上盘裂隙内，局部可见石英脉体强烈扰动或转动迹象；⑤拉裂松动岩体内裂面多无泥充填，岩体干燥，地下水不活跃。

钻孔揭示的拉裂松动岩体有以下特点：①拉裂松动岩体岩芯呈碎块状为主，局部碎片状，岩芯RQD多小于15%，表明松动岩体内局部存在相对较大的岩块；②松动岩体处于弱风化上段及下段内；③压水试验不起压，强烈漏水；④孔内局部出现掉钻现象，且一般掉钻深度在数cm以内；⑤钻孔声波纵波速Vp多小于2 000 m/s，且表部因漏水强烈多无测试资料。

从国内各水电工程岩体分类来看，Ⅴ2类岩体一般多指构造带及其影响带。结合本工程岩体结构特点，综合分析声波测试、锤击法地震连续波、地震层析成像、岩体氡气测试等成果，将拉裂松动岩体划分为Ⅴ2类岩体，与规范规定的岩体特性部分吻合，与一般的坝基岩体分类差别明显，从而形成了牙根水电站的特殊岩类。拉裂松动岩体对工程的适宜性是本工程重大的工程地质问题。

图1 牙根水电站右岸拉裂松动岩体分布

3 拉裂松动岩体对工程的适宜性

针对拉裂松动岩体这一特殊岩体的工程适宜性分析结果如下：

（1）拉裂松动岩体仅分布于右岸，不连续分布，主要发育在强卸荷带浅表部，且以1、2号规模为大。其中1、2号拉裂松动岩体之间间距为200～350 m，两者间岩体主要为强卸荷上段岩体 （Ⅳ类岩体），水平深度为45～130 m；3号拉裂松动岩体仅分布在高程2 550～2 680 m的浅表地带，强卸荷上段岩体（Ⅳ类岩体）水平深度为14～85 m。

（2）针对坝址区右岸特殊岩类的分布，选择了大坝及主要建筑物以避让或基本避让拉裂松动岩体的原则进行枢纽布置。因此，初步将坝轴线布置在2号拉裂松动岩体的下游区域，将1、2号拉裂松动岩体置于坝前。而对大坝可能涉及的小规模的3号拉裂松动岩体，因其体积不大，采取全部挖除的工程措施。

（3）结合坝址区各剖面可能的滑移模式，采用摩根斯坦-普莱斯法来计算各个剖面在各种工况下的稳定安全系数，见图2～4（以横Ⅳ勘线为例）。1、2号拉裂松动岩体，在未开挖 （原始）工况下，稳定安全系数为1.067，处于基本稳定状态；但在 “天然＋暴雨工况”、蓄水工况、 “蓄水＋暴雨工况”和水位骤降工况下，稳定安全系数分别为0.957、0.939、0.915、0.910，局部可能出现失稳，为潜在不稳定状态；在地震工况下稳定安全系数为0.829，容易失稳。而在开挖蓄水工况下，稳定安全系数在1.272～1.530之间，处于稳定状态，且在坡脚处的坡度较缓的冲积层处安全系数也达1.160，说明该剖面总体处于稳定状态；但在开挖蓄水并叠加地震力作用下，稳定安全系数在0.928～1.253之间，局部处于潜在不稳定状态，且表现为表部有失稳的可能。综合坝址区其他各剖面的稳定性分析成果表明，地震力对拉裂松动岩体的稳定性起控制作用，为保证坝前1、2号拉裂松动岩体的稳定，必须采取适宜工程措施。采取削坡减载的同时，加强支护，确保拉裂松动岩体的稳定性，并将工程处理后的开挖料作为堆石料及混凝土骨料加以综合利用。

图2 拉裂松动岩体未处理工况下稳定性分析

（4）通过工程处理后，坝前1、2号拉裂松动岩体可以保持稳定状态，可满足规范要求。考虑到拉裂松动岩体的特殊性，大坝布置在2号拉裂松动岩体的下游区域是为了充分适应坝区的地质条件的最适宜的工程布置格局。本工程将导流洞、引水洞、大型地下厂房全部布置于左岸，对面板坝坝型则由于左岸地形的限制，右岸布置了开敞式溢洪道，仅在溢洪道闸室段发育3号拉裂松动岩体，因其体积不大，全部挖除；而对于重力坝坝型则通过坝身泄洪，右岸除大坝右坝肩外无其他工程布置。

图3 拉裂松动岩体开挖后蓄水工况下稳定性分析

图4 拉裂松动岩体开挖后地震工况下稳定性分析

4 结论

雅砻江牙根水电站坝址区右岸发育的三处拉裂松动岩体是本工程成立与否的关键的工程地质问题。通过本文的分析，主要有以下结论：

（1）水电水利工程中Ⅴ2类岩体一般多指构造带及其影响带，本工程对拉裂松动岩体岩类的划分，有别于水电水利工程的坝基岩体分类，从而形成了本工程岩体划分的特色。

（2）结合坝址区右岸拉裂松动岩体的分布特点，以避让或基本避让拉裂松动岩体的原则进行枢纽布置，将1、2号拉裂松动岩体置于坝前，坝轴线布置在2号拉裂松动岩体的下游区域。该区域仅发育有小规模的3号拉裂松动岩体，且分布于近坝顶以上的区域，工程上全部挖除。

（3）坝址区各剖面拉裂松动岩体稳定性分析表明，地震力为控制坝前拉裂松动岩体稳定的关键因素。为保证坝前1、2号拉裂松动岩体的稳定，采取削坡减载措施的同时加强支护，尤其是加强开挖后坡的支护以及坡面表部未开挖的拉裂松动岩体的支护，并将工程处理后的开挖料作为堆石料及混凝土骨料加以综合利用。

（4）为适应右岸发育拉裂松动岩体的特殊地质条件，本工程将导流洞、引水洞、大型地下厂房全部布置于左岸。重力坝由于坝身泄洪，右岸除大坝右坝肩外无其他工程布置；而面板坝则由于左岸地形的限制，右岸布置了开敞式溢洪道，仅在溢洪道闸室段发育3号拉裂松动岩体，而泄槽段没有拉裂松动岩体发育。这两种枢纽布置方案均是结合本工程特色的最适宜的工程布置格局。

［1］ 王兰生，李天斌.浅生时效变形结构［J］.地质灾害与环境保护，1991， 2（1）:1-15.

［2］ 王兰生，李文纲，孙云志.岩体卸荷与水电工程［J］.工程地质学报， 2008， 16（2）:145-154.

［3］ 王勇智，戚炜，门玉明，等.大柳树坝址岩体破坏机制分析［J］.煤田地质与勘探， 2004，32（6）:48-51.

［4］ 谌文武，孙冠平，宋畅，等.大柳树堤址松动岩体的渗透特性［J］.岩石力学与工程学报， 2003， 22（增 2）:2564-2567.

［5］ 曹曦，李少平.大柳树松动岩体特征及工程特性［J］.西北水电，2002（2）:18-21.