三峡库区危岩体劣化特征及变形破坏模式研究

三峡库区危岩体劣化特征及变形破坏模式研究
王恒; 蒋先念; 李树建; 贾智丹
【期刊名称】《《重庆交通大学学报（自然科学版）》》
【年(卷),期】2019(038)012
【总页数】5页(P92-96)
【关键词】岩土工程; 三峡库区; 危岩体; 劣化特征; 破坏模式
【作者】王恒; 蒋先念; 李树建; 贾智丹
【作者单位】重庆市地质灾害防治工程勘查设计院重庆400700; 重庆大学资源与安全学院重庆400030
【正文语种】中文
【中图分类】P642
0 引言
三峡水利枢纽工程是一个举世瞩目的大型水利水电工程，库区水位常年位于145～175 m之间蓄水和消落[1]。

消落带岩体在干湿循环、溶蚀、浪蚀、构造风化作用等因素影响下，致使高陡峡谷带岩体劣化变形及卸荷裂缝发育，引起岸坡失稳的地质灾害现象已多次出现[2-4]。

国内众多学者做了大量的研究工作[5-11]，但是三峡库区库岸线长，消落带地质条件千变万化，深部岩体劣化、破碎结构面不易识别，危岩变形破坏模式复杂难辨。

以三峡库区黄岩窝危岩为工程背景，研究危岩体劣化特征及变形破坏模式，对进一步分析库区危岩体的劣化特征及同类地质灾
害变形破坏模式提供了理论依据。

1 黄岩窝危岩体工程概况
黄岩窝危岩位于巫山县培石乡，长江航道里程编号K143+432～K144+263右岸。

由6个危岩单体构成，单体方量约5 200～540 000 m3，见表1，总方量约95.5万m3，为特大型危岩。

根据地形地貌、岸坡结构及岩体特征，将岸坡分为黄岩东段和黄岩西段，如图1。

危岩体失稳主要危及长江航道、过往的游轮客船、码头及居民点安全等。

表1 危岩体规模及形态特征Table 1 Size and morphological characteristics of the perilous rock mass编号形态宽/m高/m厚/m规模/m3形状基座高程
/mW1280-300100-12020-41.30540 000板状140-160
(续表1)
编号形态宽/m高/m厚/m规模/m3形状基座高程/mW2100-120100-11025-32360 000板状135-140W320-5070922 050棱锥状160W45030-4559 000
楔型240W528-3590-100718 480棱柱状145W6206545 200棱柱状150
图1 危岩体分布Fig. 1 Perilous rock mass distribution
2 危岩体劣化特征
由于黄岩窝危岩体位于高陡峡谷区，地质环境条件复杂，临江面构造裂隙存在外倾结构且岩体破碎，采用传统取芯钻探手段判断岩体劣化、破碎程度难度大。

因此，采用其它手段分析危岩体劣化特征显得至关重要。

结合本工程概况，危岩单体W1和W2体积偏大，危岩带卸荷裂缝及构造裂隙发育，消落带岩体劣化程度复杂；
笔者主要介绍采用调查测绘、单孔声波法、孔内高清摄像及物探测试手段分析黄岩西段的岩体劣化特征。

2.1 调查测绘
根据调查测绘，黄岩西段临江面共发育裂隙37条见图2，产状75～120°∠67～
88°，贯通长度20～110 m，消落带145～175 m之间裂缝线密度为1条/2 m，面密度为1条/4 m2。

175 m以上裂缝线密度为1条/20 m，面密度为1条/40
m2；统计分析可知消落带岩体裂隙发育程度约为175 m水位以上的10倍，消落带岩体风化程度高。

2.2 单孔声波法
采用单孔声波法对钻孔K1、K2、K3进行了声波测试，得出钻孔内不同段岩体纵
波波速，根据波速差异判断岩体完整程度。

K1孔口高程150.00 m，深度62.0 m；K2孔口高程152 m，深度60.0 m；K3孔口高程155.0 m，深度55.0 m，钻孔
位置见图2。

图2 岩体劣化分布Fig. 2 Distribution map of rock mass deterioration
K1钻孔测试结果表明：0～5.8 m区域内波速低，表明岩体破碎程度高。

5.8～15.2 m区域内总体上波速相对较高，但7.2～8.0 m钻孔段所测波速低，表明岩
体局部裂隙发育。

15.2～18.4 m区域内总体上波速低，岩体破碎。

18.4～62.0 m 段总体上波速相对高值，局部波速较低，表明岩体相对完整，局部发育裂隙。

K2钻孔测试结果表明：0～15.0 m区域内总体上波速低，表明岩体裂隙发育。

15.0～60.0 m段波速相对高值，局部波速较低，表明岩体相对完整、局部发育裂隙。

K3钻孔测试结果表明：0～16.0 m区域内总体上波速低，表明岩体破碎程度高。

16.0～31.0 m段整体波速起伏较大，波速曲线呈锯齿状，表明岩体裂隙发育。

31.0～55.0 m段波速曲线较平缓，整体波速呈相对高值，表明岩体相对完整。

临江面水平钻孔波速测试结果表明，从钻孔0～18.0 m区域内危岩体的岩体总体
上劣化破碎程度高，完整性差，裂隙发育；其它区域内岩体相对完整及局部发育裂缝。

2.3 孔内高清摄像
为了进一步验证和补充钻孔波速测试结果，采用孔内高清摄像分析。

K1钻孔深度在13.2～14.5、15.2～15.4、17.4、19.8～20.0、20.7～21.0 m段有明显裂隙发育，K2钻孔深度在0.7、5.5、6.3～6.7、10.1～10.4、20.5～20.7、22.2～22.6 m段有明显裂隙发育，其孔内高清摄像成果图见图3。

通过孔内高清摄影技术，不仅可以直观的观察岩体的裂隙发育情况，还能补充验证水平钻孔波速测试结果，更加准确地了解岩体的劣化程度。

2.4 物探测试
由于单孔声波法和孔内高清摄像无法评估整个危岩体的劣化情况，故采用瞬变电磁法在危岩单体W1和W2的垂直陡崖面布置6条物探线，其中1-1和6-6剖面物探测试结果见图4。

测试结果表明：危岩体145～175 m区域内电阻率异常，表明岩体较破碎；危岩单体W1和W2存在破碎带和溶蚀区，沿临江崖壁向里延伸20.8 m区域内电阻率相对较低，岩体总体上劣化破碎程度高，与单孔声波法和孔内高清摄像测试结果基本一致。

图3 K1 K2钻孔高清摄像成果Fig. 3 High definition camera picture of K1 K2 borehole
图4 W1(1-1)、W2(6-6) 物探测试Fig. 4 W1 (1-1), W2 (6-6) geophysical prospecting test
3 危岩变形破坏模式
根据上述调查测试分析结果可知，危岩体陡崖顶部受卸荷裂缝控制，沿临江面受构造裂隙切割形成危岩块体。

经过调查测绘、单孔声波法、孔内高清摄像及物探测试分析后发现，危岩体陡崖顶部卸荷裂缝一直延伸至江面，构造裂隙切割深度较大，沿临江崖壁向里延伸18 m区域内的岩体总体上劣化程度高，深部破碎带结构面发育。

分析得出危岩单体W1、W2三种基本变形破坏模式：①溃屈滑移式：岩体劣化带或溶蚀破碎区在库区水位涨落掏蚀、冲刷浪蚀及干湿循环作用下，岩体强度逐
渐降低，劣化破碎带逐步加宽，最终导致危岩体在自重作用、溶蚀作用及江水涨落掏蚀下沿破碎带或结构面发生溃屈变形，进而引起上部岩体发生滑移；②坠落式：消落带岩体破碎软弱，受水位涨落影响形成凹岩腔，导致危岩从凹腔或临空破碎带发生坠落破坏。

③倾倒式：随着岩体劣化、溶蚀破碎带发育及变形，危岩重心逐渐外倾，危岩体沿外倾支点向临空方向倾倒，形成倾倒破坏。

因此，岩体在自重作用、溶蚀作用及江水涨落掏蚀等影响下，劣化区岩体不断被压裂剪断，形成软弱破碎带或潜在溃屈滑移面，进而引起上部岩体发生滑移式、倾倒式、坠落式的复合型变形破坏，如图5。

图5 危岩破坏失稳模式Fig. 5 Damage and failure modes of perilous rock
4 结论
以三峡库区黄岩窝危岩带为工程背景，采用调查测绘、单孔声波法、孔内高清摄像及物探测试手段分析危岩体劣化特征，并分析了危岩变形破坏模式。

主要结论如下：1)危岩单体W1和W2存在破碎带和溶蚀区，消落带沿临江崖壁向内延伸18 m
区域内的岩体劣化程度高。

2)危岩岩体在自重作用、溶蚀作用及江水涨落掏蚀等影响下，劣化区岩体不断被压裂剪断，形成软弱破碎带或潜在溃屈滑移面，进而引起上部岩体发生滑移式、倾倒式、坠落式复合型变形破坏。

3)通过对三峡库区危岩体劣化特征及变形破坏模式的研究，对进一步了解三峡库区同类地质灾害提供了理论依据。

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