蒲石河抽水蓄能電站下庫壩右岸邊坡卸荷帶分析

孫 政，田作印，梁大明，李佩南

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春130021）

0 引言

巖體卸荷發生的部位，廣義上涵蓋了地殼的淺表部，水電工程中更為關注的是河谷岸坡和谷底部位的巖體卸荷。巖體在卸荷過程中的變形與破裂正是由于應力應變場兩方面變化所引起的，卸荷破裂面大多沿著或追蹤巖體中原有的原生或(和)構造結構面生成，也有部分可形成新的裂縫。從工程角度，主要產生兩個效果：1)巖體完整性變差；2)物理力學性能降低。卸荷帶中的變形破裂跡象是巖體繼續變形破裂的雛型,在一定的條件下可發展為卸荷拉裂巖體、變形破裂體（松動巖體），進而發展為不同機制類型的變形體。一旦破裂面貫通，變形體失穩,則演化為滑坡或崩塌等斜坡破壞。卸荷帶劃分是水電工程壩址選址、建基面選擇、邊坡和地面工程開挖設計的主要依據。

蒲石河抽水蓄能電站，總裝機容量為1200 MW，共4臺機組。電站工程樞紐建筑物主要由下水庫、上水庫及地下廠房洞室系統等組成。其下水庫擋水建筑物為重力式混凝土壩，最大壩高34.1 m，壩頂長336 m。

1 研究區工程地質條件

蒲石河下水庫位于鴨綠江右岸支流蒲石河下游，該河流蜿蜒曲折，總體由N向S流，平均縱坡降0.2%左右。庫區蒲石河沿岸山體雄厚陡峻，兩岸分水嶺高程一般200～450 m，比高150～400 m，兩岸谷坡較陡，多為30°～40°，植被良好。右壩肩沿岸谷坡較陡，基巖為早元古代混合花崗巖（Mγ2），強～中等風化，局部穿插有閃長玢巖脈，其上覆有第四系松散堆積物。節理發育，主要有3組：①N10°W，傾向 SW，傾角70°以上，平行間距 10～50 cm,斷續延伸，下部為一組緩傾角節理切割；②走向N20°E，傾向 SE，傾角 30°～40°,平行間距 30～50 cm,延伸長度 5～10 m；③走向 N80°W，傾向 NE，傾角 85°,平行間距1～2 m，延伸長度大于2 m。上述3組節理中，由于①組節理被②組緩傾角節理切割，形成底部滑移面，又①組節理將②組節理面上部巖石多以10～50 cm平行間距密集切割，故邊坡巖石成塊狀破碎，并受③組走向平行于邊坡，延伸較長的陡傾角節理進一步順坡向切割，鑒于右岸邊坡地形較陡，多為40°～45°，故右岸邊坡巖石在重力卸荷作用下，巖體受側向張拉變位，節理多呈寬張狀態，部分節理多已松動，故巖體透水性較嚴重，地下水位埋深較深，低于水庫設計水位16 m，因此，對右岸壩肩工程地質條件不利。

2 右壩肩卸荷帶巖體主要特征

通過對卸荷帶巖體的大量地質調查，綜合各種地質現象、裂隙規模與開度、風化作用、巖體完整程度與透水性及地震波波速值等的統計結果，表明卸荷帶有如下特征：

1）卸荷使原有由于構造作用產生的斷層和裂隙張開，同時產生與岸坡走向近平行的新的拉張裂隙，部分裂隙擴展并與其它方向的裂隙貫通，從而造成巖體裂隙率增高，裂隙規模增大。

2）帶內巖體塊徑多為20～50 cm ，且巖塊間聯結力弱，局部具架空現象，巖體完整程度差。

3）巖體節理裂隙發育，密度大，貫通性好多呈整體松弛、張開，寬度在幾厘米至幾十厘米間，充填巖屑和碎塊石。

4）由于裂隙發育造成巖體透水性普遍較大，透水率 q 值一般大于 0.1 L/（min·m·m），部分大于0.3 L/（min·m·m），屬中等透水～極強透水。

5）巖體的縱波速值較未卸荷巖體有明顯降低，波速值平均1300～2000 m/s，巖體完整性系數平均為 0.15～0.38。

3 右岸邊坡卸荷帶劃分

3.1 卸荷帶劃分依據

在水電工程實踐中，按卸荷發育程度進行分帶，一般分為強卸荷、弱卸荷和深卸荷3個帶。工程上關于邊坡卸荷帶的鑒定和劃分，首先是依據邊坡的卸荷現象、裂隙張開、充填情況、隙壁的風化及地下水特征等按照規范提供的標準進行現場判定，然后，結合平洞洞壁的波速做進一步校核。卸荷帶劃分相對評價標準參照GB 50287-2006《水力發電工程地質勘察規范》劃分，卸荷帶劃分依據見表1。

表1 卸荷帶分帶劃分依據表

目前，國內對邊坡卸荷帶的劃分尚無統一標準和指標體系。在大量現場調查、測試的基礎上，綜合考慮國內對卸荷巖體的劃分，依據文獻［1］～［3］，并結合右壩肩邊坡卸荷帶特征，采用定性和定量相結合，選取裂隙條數、體積節理數、縱波速度等量化指標，來對巖體卸荷進行分帶。建立的量化分帶標準見表2。

表2 右岸邊坡巖體卸荷程度量化指標表

3.2 右壩肩卸荷帶劃分

根據上述巖體卸荷帶劃分標準，分別對右壩肩的勘探平洞和灌漿平洞等按指標進行定量劃分，同時與現場分析結果（定性）進行對比，具體數據見表3。

表3 右壩肩巖體卸荷程度量化對比表 m

根據量化結果，右壩肩邊坡卸荷帶為強卸荷帶，其深度為10～15 m。從表3可見，按定量指標對右壩肩強卸荷帶劃分的界線與現場定性劃分的界線基本一致，各種方法獲得的右壩肩巖體強卸荷下限界線基本相同；還反映了巖體卸荷發育程度：從谷底到坡頂逐漸加深，其大致與坡形一致，因此可以認為在地形形狀上差別不大，河水面高程基本相同，邊坡的巖性、結構基本相近條件下，右壩肩邊坡巖體的卸荷程度基本上是等同發展的。

4 結語

1）巖體卸荷導致新的節理裂隙形成、原有結構面的松弛張開，破壞了巖體的完整性，使巖體的縱波速度降低。因此，選取裂隙條數、體積節理數、縱波速度等定量指標劃分卸荷帶是可行的。而且按定量指標進行的卸荷分帶結果與現場定性劃分卸荷帶的界線基本一致。

2）巖體卸荷帶發育程度受巖體結構、地形條件等多種因素的制約。

3）卸荷作用對蒲石河右壩肩這種堅硬巖層的邊坡存在很大影響，卸荷作用影響了坡體的變形和穩定性。

4）右壩肩邊坡存在潛在不穩定性，對右岸水工建筑物亦造成安全隱患，應采取適宜的工程措施進行處治。

［1］聶德新，韓愛果，巨廣宏.巖體風化的綜合分帶研究［J］.工程地質學報，2002，10（1）：20-25.

［2］王蘭生，李文綱，孫云志.巖體卸荷與水電工程［J］.工程地質學報，2008，16（02）.

［3］張修發.卸荷裂隙在水利水電工程建設中的危害［J］.江西水利科技，1993，19（2）：130-132.

［4］中水東北公司.蒲石河抽水蓄能電站可行性研究報告（工程地質）［R］.2003，8.