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大量工程实践表明,顺层斜(边)坡是各种岩质斜(边)坡中相对最容易发生破坏的一类斜(边)坡,其力学机制多为滑移-拉裂或滑移-弯曲。由于顺向岩质斜(边)坡发生变形破坏后大都具有规模巨大、治理难度极高、治理费用不菲等特点,因此对于重大枢纽工程而言,该类高陡斜(边)坡稳定与否往往决定着坝址工程能否成立。雅砻江中游拟建的卡拉水电站右岸为高差达600-700多米的高陡倾角的顺层斜坡,组成斜坡的岩性为薄—互层状的变质岩体、各岩性层间层理明显。根据对一般顺层斜(边)坡的认识,该高陡斜坡应该是工程地质问题较突出、变形破坏较明显的斜坡,但现场调查发现该高陡顺层岩质斜坡地形平顺完整、除在斜坡表层发育有小规模的滑移-弯曲变形(溃屈变形)外,斜坡内并未见到岩体产生明显的顺层弯曲变形或开裂迹象。是什么样的斜坡工程地质条件影响着该高陡顺层岩质斜坡的变形和稳定性?这个高陡顺层岩质斜坡是否具有特殊的斜坡结构才使斜坡岩体尚未产生明显的变形破坏?这个特殊的顺层斜坡是否存在潜在的顺层滑移变形的可能和风险?这些问题的解决有助于卡拉水电站坝址工程的确立、也有助于作为对类似斜(边)坡开展研究的尝试,因此对这样一种高陡变质层状顺层斜(边)坡的结构特征及其对斜(边)坡变形、稳定性的影响进行研究在理论和工程实践上均具有较重要的意义。本文以卡拉水电站右岸高陡顺层变质岩斜坡为研究对象,在现场精细调查的基础上,对斜坡地形特征、岩性组成、岩体结构、岩体质量、坡体结构以及斜坡变形、稳定性影响进行分析研究,获得主要成果如下:
(1)通过开展大量的岩体精细测量和试验,查明了研究区斜坡岩性组合特征、岩体结构特征、地表及斜坡深部变形特征和斜坡岩石质量指标、岩体声波纵波速值、岩体强度指标随斜坡深度的变化规律。
(2)岩体特征调查和现场试验表明:斜坡表部岩体的力学性质较差,但斜坡内部层间结合紧密、RQD值高、波速大,为在构造作用下形成的特殊岩体结构——粘结层状结构。由于层间良好的粘结作用,层间结构面对岩体结构和岩体强度的影响已大大降低;但靠河谷斜坡部位的岩体则在后期河谷形成过程中因风化卸荷作用致层间粘结作用消失或弱化改造,岩体重回原生的层状结构,层间结构面又成为决定岩体结构和强度的一个主要因素。
(3)按现行《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287-2006)关于岩体结构的划分标准,研究区斜坡岩体结构以薄-互层状结构为主,斜坡由外及内岩体结构无规律性;然而,现场纵波波速、RQD值、完整性系数指标显示其与规范划分的岩体结构极不具对应性。根据岩体的风化特征、RQD值、纵波波速值、完整性系数进行岩体结构修正后得出:研究区斜坡由外及内岩体结构为薄-互层状结构、粘结中厚层状结构、粘结厚层状结构,斜坡岩体结构由外及内规律性明显。
(4)在岩体结构研究基础上,采用岩体质量综合分级法和水电边坡岩级划分CSMR法进行岩体质量分级,分级结果表明:斜坡由外至内岩体质量等级依次为Ⅳ级、Ⅲ2级、Ⅲ1级、Ⅱ级,由外及内规律性明显。
(5)地表及深部平硐精细测量表明,区内岩体变形破坏类型主要有平面滑动、滑移-弯曲、滑移-剪损破坏三类,但这三类变形破坏均发育在斜坡浅表层数米至十几米深的范围内,斜坡深部岩体结合紧密、无任何变形迹象、连层间软弱夹层和断层带都因充填硅质物而失去软弱界面的特点。
(6)通过对影响斜坡变形的主要因素进行分析,得出具有硬质夹层的斜坡以及外侧有坚硬岩体的斜坡不易发生破坏。当软岩斜坡中存在硬质岩夹层时斜坡抗变形能力会大大增加,硬质岩体起到承载“脊梁”的作用;当斜坡外侧或坡脚有硬质岩时能提高斜坡抗变形能力,坚硬岩体就像一层“硬壳”或“挡墙”一样约束着斜坡内部较软岩体的变形发展。
(7)研究区斜坡岩体具备的良好的层间粘结作用,斜坡变形受岩体强度控制;由于这种粘结层状岩体具有较高的岩体强度,因此斜坡不易发生变形破坏;斜坡内部无形成不稳定块体的长大结构面组合,且层间软弱夹层和断层均因构造作用改造失去软弱界面的特性,斜坡整体稳定性好,仅斜坡表层风化卸荷岩体有一定的变形破坏。
(1)通过开展大量的岩体精细测量和试验,查明了研究区斜坡岩性组合特征、岩体结构特征、地表及斜坡深部变形特征和斜坡岩石质量指标、岩体声波纵波速值、岩体强度指标随斜坡深度的变化规律。
(2)岩体特征调查和现场试验表明:斜坡表部岩体的力学性质较差,但斜坡内部层间结合紧密、RQD值高、波速大,为在构造作用下形成的特殊岩体结构——粘结层状结构。由于层间良好的粘结作用,层间结构面对岩体结构和岩体强度的影响已大大降低;但靠河谷斜坡部位的岩体则在后期河谷形成过程中因风化卸荷作用致层间粘结作用消失或弱化改造,岩体重回原生的层状结构,层间结构面又成为决定岩体结构和强度的一个主要因素。
(3)按现行《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287-2006)关于岩体结构的划分标准,研究区斜坡岩体结构以薄-互层状结构为主,斜坡由外及内岩体结构无规律性;然而,现场纵波波速、RQD值、完整性系数指标显示其与规范划分的岩体结构极不具对应性。根据岩体的风化特征、RQD值、纵波波速值、完整性系数进行岩体结构修正后得出:研究区斜坡由外及内岩体结构为薄-互层状结构、粘结中厚层状结构、粘结厚层状结构,斜坡岩体结构由外及内规律性明显。
(4)在岩体结构研究基础上,采用岩体质量综合分级法和水电边坡岩级划分CSMR法进行岩体质量分级,分级结果表明:斜坡由外至内岩体质量等级依次为Ⅳ级、Ⅲ2级、Ⅲ1级、Ⅱ级,由外及内规律性明显。
(5)地表及深部平硐精细测量表明,区内岩体变形破坏类型主要有平面滑动、滑移-弯曲、滑移-剪损破坏三类,但这三类变形破坏均发育在斜坡浅表层数米至十几米深的范围内,斜坡深部岩体结合紧密、无任何变形迹象、连层间软弱夹层和断层带都因充填硅质物而失去软弱界面的特点。
(6)通过对影响斜坡变形的主要因素进行分析,得出具有硬质夹层的斜坡以及外侧有坚硬岩体的斜坡不易发生破坏。当软岩斜坡中存在硬质岩夹层时斜坡抗变形能力会大大增加,硬质岩体起到承载“脊梁”的作用;当斜坡外侧或坡脚有硬质岩时能提高斜坡抗变形能力,坚硬岩体就像一层“硬壳”或“挡墙”一样约束着斜坡内部较软岩体的变形发展。
(7)研究区斜坡岩体具备的良好的层间粘结作用,斜坡变形受岩体强度控制;由于这种粘结层状岩体具有较高的岩体强度,因此斜坡不易发生变形破坏;斜坡内部无形成不稳定块体的长大结构面组合,且层间软弱夹层和断层均因构造作用改造失去软弱界面的特性,斜坡整体稳定性好,仅斜坡表层风化卸荷岩体有一定的变形破坏。