倾倒变形体成因机制及稳定性

孙建明

（新疆博州阿拉山口供水工程管理处，新疆 博乐833400）

1 工程概况

哈拉吐鲁克水库工程是流域规划推荐哈拉吐鲁克河河上的控制性水利枢纽工程，最大坝高85.5m。水库具很大的综合利用效益，例如防洪、灌溉、年调节性能等。工程建成后，替代下游灌区调蓄水库工程，减少水库损失，提高水资源利用效率，可改善流域1.95万hm2灌区灌溉条件。水库为中型Ⅲ等工程，由挡水坝、导流兼冲沙泄洪洞、溢洪道等组成。

水库坝址区河谷右岸局部为高陡斜坡，与陡立的岩体片理呈小角度相交。倾倒弯曲的片理相互间错动并伴有拉裂，使岩体倾倒进而形成不稳定倾倒体。

2 右岸坡卸荷倾倒变形体自然组成条件及破坏模式

2.1 倾倒体概述

倾倒体位于坝轴线右岸坡，底部位于Ⅳ级阶地后缘，高差73m，顺河宽100～170m。倾倒体厚20～36m，估算方量26.0万m3。倾倒岩体变形后，产状由65°～70°SE∠60°～80°倾倒形变为65°NW∠5°或55°NW∠15°，倾倒岩体破碎，呈碎块状结构，倾倒体表层片理面张开，多充填有黄色粉土。该倾倒体自然坡度34°，目前处于稳定状态。水库蓄水后，仅坡脚处高45m的局部段浸泡于水下。由于距坝址较近，大坝基坑开挖时可能受影响，致使该倾倒体结构改变，产生局部失稳滑动。

2.2 岩体卸荷倾倒变形体自然组成条件

倾倒变形体主要受到主要受到坝址区地形地貌、岩体结构、构造环境影响。

2.2.1 构造环境因素［1］

（1） 该变形体范围内和周边发育多条EW向及NWW向中、小规模断层和裂隙，有较高的应力环境下，构造作用强烈，顺层片理发育，且主压应力方向平行于变形体主轴线，与目前主河床斜交。

（2）长期的河流自然掏刷致变形体“脚部”失稳，较高岩体在自重条件下沿着不利结构面下滑，导致岩体上部或者下部开裂。

2.2.2 原始地形地貌的影响

（1） 倾倒变形体处边坡走向近东西向，岸坡陡立。在Ⅳ级阶地后期，地壳大幅抬升，河流急速下切，抬升幅度达50m。垂直坡面发育冲沟，不断侵蚀山体，并在较大高差的地形条件下，利于卸荷倾倒。

（2）地层岩性及结构面的影响。边坡基岩二叠系安山岩，片理走向与边坡呈小角度相交，片理陡倾坡外，顺层片理发育，易造成岩体向主河床方向张裂［2-3］和卸荷倾倒等因素而引起地貌上的改变。

（3） 自然的地形地貌和主河道的演变对倾倒体形成提供了先决条件，岩体的岩性和发育结构面是倾倒体形成的内在因素。

2.2.3 边坡破坏模式

边坡形成初期，受河流快速下切影响［4］，地形陡峻，岩体自稳能力减弱，表层岩体从上部逐渐崩塌和崩落。随着崩塌的进行，边坡坡度逐渐变缓，当崩塌变形体的自重和下侧的阻碍力相平衡时，该倾倒体基本处于稳定。所以总体上来说，边坡的破坏强度呈逐渐减弱趋势。

3 倾倒体稳定性分析评价

3.1 稳定性宏观分析

倾倒体表层为二叠系安山岩的碎块体，浅红色碎块、碎石，人工可以刨动，下部基岩多呈干砌石状，属碎块状结构，工程性状差。倾倒体表层覆盖的0.3～0.5m厚的风积粉土判断，未见有变形迹象，也说明该倾倒体已长时间（Q4以来）处于稳定状态。

3.2 稳定性计算分析

针对现场倾倒体发展规模及其内部的节理发育延伸情况，采用刚体极限平衡法稳定性计算公式：

式中 Fs为安全系数；φ为滑面的内摩擦角 （°）；L为滑体长度（m）；β为结构面倾角（°）；Pb为地震力，Pb=KH，KH为地震系数，根据Ⅶ度烈度确定为0.1。

沿着变形体长轴线方向作为计算剖面，现场倾倒变形体最不利滑动面在下限界面产生，进而影响上部卸荷岩体进行滑裂塌滑。该倾倒体临近坝址，失稳后对坝址附近枢纽建筑物造成危害。根据相关规范和现场变形体的规模，将边坡级别定性为A类一级。考虑到运行期间遇到的最不利工况，且确保安全系数达到规范要求，不同工况稳定性计算如表1。

表1 边坡稳定性计算参数

工区气候较干旱，降雨稀少，计算中不考虑地下水压力的影响。岩体天然状态下抗剪强度取黏聚力C=0.05MPa，摩擦系数f′=0.78；库水作用下取C=0.02 MPa，f′=0.73。岩体天然重度取26.6kN/m3，饱和重度27.0kN/m3。变形体倾滑方向为河谷，阻滑力几乎为零，如表2。

表2 倾倒体边坡稳定性计算结果

4 变形体稳定评价

水库运行期间，倾倒体在自重及库水的作用下，可能会引起塌滑或蠕动变形［7-8］。倾倒体部分在正常蓄水位以下，突然塌滑可能性较小，即使塌滑后产生库水位涌浪也较小。

5 卸荷倾倒变形体的影响及处理建议

倾倒体岩石多呈镶嵌碎裂结构，在现状下整体稳定，但依然会产生小规模的塌滑及掉块，对大坝、导流洞进口等水工建筑物的安全构成威胁。将倾倒体全部清除后采取护坡，清理的弃渣可作为后坝坡的填筑料。

6 结语

（1）倾倒变形体形成因机制受地形、地层岩性、河流掏刷和结构面影响。

（2）该倾倒体紧临坝址，处理不及时一旦失稳对枢纽建筑物影响巨大。因此，根据倾倒变形体形态、规模、工程地质条件，根据施工期和运行期间可能发生工况进行稳定性计算。

（3）为提高大坝安全储备，需结合大坝右坝肩开挖时，将变形倾倒体进行清除，以免后患［9］。