本文關(guān)鍵詞：巖石高邊坡的時(shí)效變形分析及其工程地質(zhì)意義，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

100429665??2000??08(02)20148206　JournalofEngineeringGeology　工程地質(zhì)學(xué)報(bào)

巖石高邊坡的時(shí)效變形分析及其工程地質(zhì)意義

黃潤(rùn)秋

(成都理工學(xué)院工程地質(zhì)研究所　成都　610059)

Ξ

摘　要　以某擬建水電工程近壩庫(kù)岸的巖石高邊坡變形體為典型實(shí)例,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察,對(duì)巖石高邊坡時(shí)效變形的地質(zhì)表現(xiàn)進(jìn)行了觀察分析,從宏觀和微觀上揭示了巖體時(shí)效變形這一自然高邊坡普遍現(xiàn)象的地質(zhì)特征和變形形跡。并綜合分析了該高邊坡的變形破壞機(jī)制,探討了其穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明,實(shí)例高邊坡是一處于輕微變形階段的變形體,其存在不會(huì)對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生重大影響。

關(guān)鍵詞　高邊坡　時(shí)效變形　變形破壞機(jī)制　穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中圖分類(lèi)號(hào):TU457;　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

TIME-DEPENDENTDEFORMATISLOPEANDITSENGINEERING-HUANGRun2qiu

(ChengduUniversityofTechnology,Chengdu　610059)

Abstract　Alotoffactsfromfieldinvestigationsshowthatatime2dependentdeformationofahighrockslopecouldoccurbeforeitsinstability.Accompaniedwiththisprocess,apotentialslipsurfacedevelopsgraduallyintheslope,andfinallycutthroughduetoprogressivefailurealongitorsometriggering.Inthispaper,thephenomenaoftifactorsme2dependentdeformationofaslopeontheleftbankofYalong.Theyrevealthattheslopehasexperiencedalong2termdeformationanditsRiveraredescribedindetail

mechanismcanbeconsideredasaslipalongtheweakbedplaneandbucklingonthefootoftheslope.Furtherevidenceindicatesthatthedeformationoftheslopeisquitelight,sincetheslopeisunderastableconditionatpresent.

Keywords　Highslope,Time2dependentdeformation,Deformationmechanism,Stabilityassessment.

1　引　言

自70年代人們認(rèn)識(shí)到巖石邊坡失穩(wěn)之前,一般都要經(jīng)歷一個(gè)隨著時(shí)間而發(fā)展的變形破壞過(guò)程以來(lái)[1,3,4],對(duì)巖石高邊坡變形破壞機(jī)制的研究一直為人們所關(guān)注。這里,最為重要的研究方法就是通過(guò)現(xiàn)象的觀察和分析,研究巖石邊坡所經(jīng)歷的時(shí)效變形過(guò)程及伴隨這一過(guò)程巖體內(nèi)部的破裂行為;力圖通Ξ

收稿日期:1999204205;收到修改稿日期:1999206210.

過(guò)這樣的分析,闡明巖體失穩(wěn)之前,潛在滑動(dòng)面的孕育、累進(jìn)性破壞及可能的貫穿過(guò)程,從而為巖石高邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)及失穩(wěn)預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)。實(shí)際上,變形

破壞機(jī)制分析已經(jīng)成為巖體穩(wěn)定性工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的,變形歷史行為的邊坡作出穩(wěn)定性的確切判斷,進(jìn)而發(fā)展了“變形穩(wěn)定性分析”的概念[7,8]。

本文是作者研究過(guò)的一個(gè)比較典型的具有時(shí)效

基金項(xiàng)目:國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(編號(hào):49525204)和香港Croucher基金資助研究.作者簡(jiǎn)介:黃潤(rùn)秋(19642),男,博士,教授,主要從事工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作.

黃潤(rùn)秋:巖石高邊坡的時(shí)效變形分析及其工程地質(zhì)意義149

變形特征的巖石高邊坡。通過(guò)勘察過(guò)程中對(duì)揭露現(xiàn)象的觀察研究,從宏觀和微觀上揭示了大量的時(shí)效變形現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)這些現(xiàn)象的綜合分析,提出了該邊坡整體的變形破壞模式機(jī)制及其演化的時(shí)間效應(yīng)過(guò)程。一方面,分析確定了滑動(dòng)面的位置及狀況;另一方面,確定了邊坡所處的變形狀態(tài),從而從變形穩(wěn)定性的角度提出了對(duì)邊坡穩(wěn)定性的分析。

邊坡(圖1)。平面上呈“箕形”分布,上、下游分別由沖溝切割。變形部分的坡體前緣抵江,寬約240m,高程1640m,后緣高程至1940m;前、后緣相對(duì)高差約300m,順坡縱長(zhǎng)約460m,平均坡角37°,面積0.11km2,水平最大發(fā)育深度135m,總方量約180×104m3。

變形體主要發(fā)育于變質(zhì)砂、板巖互層狀巖體中,總體產(chǎn)狀為N25°～30°～44°。斷裂構(gòu)造E??NW∠33°較為發(fā)育,陡傾角斷層f5、f6、f621及f3分別從坡體后緣、中部及前緣穿過(guò);中緩傾角層間擠壓(剪切)構(gòu)造帶多順砂、板巖界面發(fā)育,計(jì)有15～20條

。

2　邊坡地質(zhì)概況

所研究的邊坡位于具有深切峽谷地貌特征的雅礱江某河段左岸,是由變質(zhì)砂巖、板巖組成的順傾向

圖1　高邊坡變形體工程地質(zhì)剖面圖

Fig.1　Engineering2geologicalprofileofahighslope

1.變形體邊界,2.巖體分級(jí)編號(hào),3.大理巖,4.砂板巖.

于迭加卸荷作用而變得更為強(qiáng)烈;下界以內(nèi)的巖體,

3　邊坡變形特征及形成機(jī)理分析

3.1　邊坡變形破壞現(xiàn)象

完整程度高,無(wú)松動(dòng)跡象。這表明,這一部份坡體的松動(dòng)與岸坡的時(shí)效變形有緊密的聯(lián)系。變形體中上部的SD3平硐揭露松動(dòng)區(qū)的下界為水平距岸坡135m處的g12層間擠壓帶(圖1)。g12以外,共發(fā)育松動(dòng)張開(kāi)裂隙173條,各種順層剪切面、帶30余條。SD1、SD3平硐松動(dòng)張開(kāi)裂隙發(fā)育頻度及張開(kāi)量隨

變形體目前已施工了2條平硐和4個(gè)鉆孔(圖

1),揭露了豐富的斜坡變形破壞現(xiàn)象,歸結(jié)起來(lái),可概括為以下幾方面的特征:3.1.1　巖體松動(dòng)、質(zhì)量降低

岸坡巖體松動(dòng)與伴隨河谷下切的卸荷2應(yīng)力釋放過(guò)程有密切的聯(lián)系。但就變形體而言,其松動(dòng)范圍及松動(dòng)程度的變化不具備一般河谷卸荷導(dǎo)致松動(dòng)的變化規(guī)律,即岸坡淺表部強(qiáng)烈,向坡體內(nèi)部逐漸減弱

至消失;,下界以外的坡體均存在不同程度的松動(dòng),只是在岸坡淺表部由

硐深的變化如圖2所示。

巖體松動(dòng)的結(jié)果,導(dǎo)致變形體范圍內(nèi)巖體質(zhì)量大幅降低。統(tǒng)計(jì)表明,g12層間擠壓帶以外,巖體質(zhì)量指標(biāo)(RQD)平均僅為25%,波速在3000m?s-1以下,平均僅1800m?s-1;而g12以內(nèi),RQD值平均達(dá)60%,波速也迅速上升至平均4700m?s-1,為前者

的2～3倍,屬??、??類(lèi)巖體。巖體質(zhì)量的大范圍降

圖2　張開(kāi)裂隙頻度及張開(kāi)寬度隨硐深的變化　　　　　　圖3　SD3平硐134～137m素描　　　

Fig.2　Variationofapertureandfrequencyofopening　　　　　Fig.3　Sketchmapofthemaincreepbelt　　　

fissureswithdistancefromtheslopesu

rface　　　　　　　　　　　

at135mofaditN3　　　　

～2.0cm,;A灰色夾泥,厚1.5

～2cm,C,30cm,B泥夾角礫1

.0,,厚1.5～2.0cmD,0.1

低,顯然是坡體長(zhǎng)期變形、3.1.2、帶現(xiàn)象,特征如下:

(1)后緣蠕滑帶:SD3平硐揭露的坡體內(nèi)最深、也是規(guī)模最大的順層蠕滑帶是135m處的g12,如圖3所示。其厚度達(dá)37cm,上、下壁均有1.5～2.0cm厚的呈軟塑狀態(tài)的夾泥,其間是厚達(dá)30cm的蠕滑帶物質(zhì),以泥夾細(xì)小角礫及中部的角礫夾泥組成。整帶物質(zhì)松散、結(jié)構(gòu)混雜,并有地下水滲出,充

。

(2)內(nèi)部多層滑移-張裂:調(diào)查表明,變形體除了沿g12的整體變形外,坡體內(nèi)部也存在大量的次級(jí)蠕滑面,這種蠕滑面尤其發(fā)育在砂、板巖的界面上,為砂、板巖界面具有最大剪應(yīng)力分布所致。如圖4所示,這種滑移往往導(dǎo)致兩滑移面之間的張開(kāi),其形成的張裂縫可寬達(dá)數(shù)厘米至十余厘米,并充填碎塊石。沿多個(gè)層面的蠕滑往往由它們之間的張裂縫連通在一起,形成階梯狀張裂。實(shí)際上,這種變形形式是導(dǎo)致坡體內(nèi)部巖體松動(dòng),質(zhì)量降低的主要原因。

圖4　SD3平硐38～47m巖體階梯狀張性破裂素描

Fig.4　Sketchmapofstepwisetensilecracks

～47mofaditSD3at38

3.1.3　蠕滑面、帶的微觀結(jié)構(gòu)特征

為進(jìn)一步證明沿弱面順層蠕滑的存在,筆者對(duì)

一些典型層間擠壓帶或面,取其物質(zhì)分離出石英顆粒,對(duì)其表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了掃描電鏡研究。結(jié)果表明:

SD3和SD1平硐層間擠壓帶微觀結(jié)構(gòu)特征有較大的差別,SD3平硐石英顆粒多表現(xiàn)出兩類(lèi)結(jié)構(gòu)(如表1),一類(lèi)溶蝕程度較高,呈孔穴狀,少量蜂窩狀,是過(guò)

去構(gòu)造歷史的產(chǎn)物;另一類(lèi)則極為新鮮,或在溶蝕程

表1　錯(cuò)動(dòng)帶石英顆粒表面結(jié)構(gòu)掃描電鏡分析結(jié)果

Table.1　Surfacetextureofquartzgrainsfromthemaincreepbelt

編號(hào)

SD1-g5SD1-f2SD1-f3SD1-g11SD1-g12SD1-g15SD1-g16SD3-g20SD3-g18SD3-g16SD3-g13SD3-g12SD3-F4

位置三灘1號(hào)硐20m

產(chǎn)狀特　　　　征

表面結(jié)構(gòu)大多呈貝殼狀或次貝殼狀,部份顆粒上可見(jiàn)70%顆粒具有中等～強(qiáng)烈溶蝕,

可見(jiàn)溶蝕溝槽及孔洞,

表面結(jié)構(gòu)大多呈不同程度的溶蝕狀態(tài),淺者呈灰麻點(diǎn)狀,深者呈孔洞狀,并有石英晶體的重新生長(zhǎng)一般都具淺～中等溶蝕表面結(jié)構(gòu),部份顆粒可見(jiàn)光滑斷口

表面結(jié)構(gòu)大多呈中等～強(qiáng)烈溶蝕狀態(tài),呈孔、穴、磷片、絮狀

大多具淺度溶蝕,呈條紋狀或灰麻點(diǎn)狀,少見(jiàn)光滑斷口

3%的顆粒溶蝕較強(qiáng)烈,其余一般都具淺～中等溶蝕結(jié)

鑒定結(jié)果有次生錯(cuò)動(dòng)無(wú)或次生錯(cuò)動(dòng)極弱無(wú)次生錯(cuò)動(dòng)無(wú)次生錯(cuò)動(dòng)無(wú)次生錯(cuò)動(dòng)次生錯(cuò)動(dòng)可能性小無(wú)次生錯(cuò)動(dòng)次生錯(cuò)動(dòng)可能性大次生錯(cuò)動(dòng)可能性大有次生錯(cuò)動(dòng)次生錯(cuò)動(dòng)可能性小有次生錯(cuò)動(dòng)有次生錯(cuò)動(dòng)

N15°E??NW∠14三灘1號(hào)硐28～24mN8°W??SW∠4512三灘1號(hào)硐28～35mN8°W??SW∠35三灘1號(hào)硐105m三灘1號(hào)硐115m三灘1號(hào)硐142m三灘1號(hào)硐151m三灘3號(hào)硐50m三灘3號(hào)硐56m三灘3號(hào)硐80m三灘3號(hào)硐117m三灘3號(hào)硐124m三灘3N7°W??SW∠3099

N6°W??SW∠3312N1°W??SW∠365

N4°E??NW∠3312N5°E??NW∠2510SN??W∠30°SN??W∠46°N5°E??SE∠45°

91210

表面結(jié)構(gòu)一般均呈淺度溶蝕～新鮮狀態(tài),僅少數(shù)顆粒表面結(jié)構(gòu)呈麻點(diǎn)狀或鱗片狀,50%～,、,僅,,呈麻,,具葡萄狀,結(jié)核狀

,新鮮斷面結(jié)構(gòu),其余也多呈次貝殼狀

N27N°WW∠11

大多具輕度溶蝕,呈條紋狀,并具新老兩類(lèi)溶蝕結(jié)構(gòu),

圖5　SD1平洞39～42m(a)、64～66m(b)處巖體變形素描

～42m(a)and64～66m(b)ofaditSD1Fig.5　Sketchmapofrockdeformationat39

度較高的顆粒上又顯現(xiàn)出新的破裂面,斷口一般呈

貝殼狀或光滑狀,表明它們是近期擠壓帶錯(cuò)動(dòng)所形成,從而證明了上部坡體沿弱面順層蠕滑的存在。SD1平硐石英顆粒表面結(jié)構(gòu)則不然,類(lèi)型比較單一,以中等～強(qiáng)烈溶蝕的孔穴狀、蜂窩狀表面結(jié)構(gòu)為主,甚至在一些溶孔、穴中還可見(jiàn)到新生長(zhǎng)的、自形度很高的石英晶體。這表明,SD1平硐所位于的下部坡

體并未表現(xiàn)出明顯的晚期順層滑移。3.1.4　下部坡體的彎曲-張裂變形

上述的層間擠壓帶微觀結(jié)構(gòu)研究表明,下部坡體不存在明顯的順層滑移。實(shí)際上,SD1平硐所揭露的下部坡體變形跡象與SD3平硐揭露的上部坡體變形跡象也有著本質(zhì)的區(qū)別:這一部位除淺表層(<20m)坡體由于層面切穿坡面,而發(fā)生強(qiáng)烈的卸

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