反倾向岩质斜坡变形破坏特征研究_任光明

第22卷 增2

岩石力学与工程学报 22(增2)：2707～2710

2003年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .，2003

2003年3月1日收到初稿，2003年6月1日收到修改稿。 * 国家自然科学基金(40072090)资助项目。

作者 任光明 简介：男，39岁，1995年于成都理工学院工程地质专业获硕士学位，现任副教授，主要从事工程地质与岩土工程方面的学与科研工作。E-mail ：gcr@163. com 。

反倾向岩质斜坡变形破坏特征研究

＊

任光明1 聂德新1 刘 高2

(1成都理工大学工程地质研究所 成都 610059) (2兰州大学 兰州 730000)

摘要 以黄河上游某电站库区一大型反倾层状岩质斜坡的变形破坏为例，通过地质分析及数值模拟分析，揭示了该类斜坡的变形破坏是岩层在自重应力作用下作悬臂梁弯曲，使岩层发生弯曲变形，导致坡体后缘开裂、根部折断，前缘发生剪切蠕变，当坡体内折断带的剪应力超过其抗剪强度时，坡体逐渐错动下滑形成倾倒塌滑体。 关键词 斜坡，反倾岩层，变形破坏，形成机制，数值模拟

分类号 P 642.22 文献标识码头 A 文章编号 1000-6915(2003)增2-2707-04

STUDIES ON DEFORMATION AND FAILURE PROPERTIES OF

ANTI-DIP ROCKMASS SLOPE

Ren Guangming 1，Nie Dexin 1，Liu Gao 2

(1Institute of Engineering Geology ，Chengdu University of Technology ，Chengdu 610059 China )

(2Lanzhou University ， Lanzhou 730000 China )

Abstract Based on the field investigation ，geology analysis and numerical simulation of a large-scale slope in reservoir area on the upstream of Yellow River ，the rules of deformation and failure of this kind of slopes are disclosed. The layered rock bends like cantilever under the effect of gravity. When rock mass in back of the slope bends to a certain extent ，its root will break off and create a continuous weak surface ，and shear creep will occur in the toe of the slope. When the shear stress excesses to the shear strength of the weak surface ，the topple-slumping will occur in the shear stress concentration zone of the slope.

Key words slope ，anti-dip layered rock mass ，deformation and failure ，mechanism ，numerical simulation

1 引 言

反倾向层状结构岩质斜坡是常见的斜坡结构类型[1～3]。从岩体的工程特性及岩体力学环境出发，一般认为顺层岩质斜坡的稳定性较差，反倾斜坡的稳定性相对较好。因此，导致以往研究中对具有结构面控制的顺层斜坡研究较详细和系统，而反倾向岩质斜坡由于一般不存在有利于坡体下滑的贯通性的结构面，其变形破坏是在其特有的坡体结构、岸坡形态、岩层倾角等因素的作用，认为该类斜坡稳定

性较好，研究中有所忽失，对其变形破坏机理、演变过程、评价方法研究相对较少。近年来，随着我国大量工程建设的开展，人们发现反倾岩质斜坡发生变形破坏的规模大，如锦屏二级水电站左岸的深部拉裂缝、龙滩水电站左岸的倾倒蠕变体等，而且变形破坏机理较复杂、演变过程较隐蔽，坡体一旦失稳，常具有突发性，造成的后果往往是灾难性的，有必要加强该类斜坡变形破坏机理、稳定性评价方法的研究。本文以黄河上游某电站库区一大型倾倒体塌滑为例，来对这类斜坡的变形破坏过程进行研究，为该类斜坡变形破坏的预测、稳定性评价参数

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的选取提供依据。

2 倾倒体的基本特征

2.1 地质条件概况

研究区出露的地层主要为前震旦系尕让群片麻岩、片岩夹少量下古生代加里东期的花岗岩及第四系砂壤土。其中片麻岩、片岩的片理产状40～60°SE ∠60～70°(图1)。由于本区遭受比较强烈的多期构造运动作用，规模较小的断裂及节理裂隙较发育，尤其是缓倾角裂隙在不同高程均有分布。通过裂隙统计，区内裂隙分组情况如表1，它们为该倾倒塌滑体的发育提供了充分的边界条件。

图1 倾倒塌滑体剖面图 Fig.1 Sketch of the the topple-slumping

表1 裂隙发育特征

Table 1 Statistics properties of joints

产状

组别

走向/(°)

倾向 倾角/(°) SE 6～40 SE ∠20～60 NW 36～58 NW ∠30～60 NE 295～320 NE ∠5～85 SW

305～325

SW

∠70～85

2.2 倾倒塌滑体的基本特征

该倾倒塌滑体位于平面上似扇形。沿顺河岸宽度约300 m ，顺坡长度190 m ，最大铅直厚度50 m ，平均厚度35 m ，倾倒塌滑体面积约5.56×104 m 2，

体积195×104 m 3。前缘高程1 930～1 950 m ，高

出河水面(平水期 1 906 m)24～44 m ；后缘高程 2 160 m ，高出河水面254 m 。倾倒塌滑体边界较为

清楚，两侧发育有深约5～9 m 的冲沟，前缘倾倒塌

滑体与基岩边界清楚，近河床部位为完整基岩构成

的陡坎、高度30～40 m 。

倾倒塌滑体结构上总体属碎裂散体结构。勘探平洞揭示，该倾倒塌滑体中上部底滑面的物质组成主要为岩屑、岩粉及泥质条带。如在PD9#平洞上游支洞可见厚约5 cm 泥质条带，压实紧密，其上为碎裂岩块，其下为较完整基岩。滑面产状310～340°SW ∠35～50°；在该主洞55 m 处可见滑面，其成分以岩屑岩粉为主，以此面为界，往山外岩块呈碎裂散体状结构，岩体架空明显，往山内岩体变好，分界明显。

3 斜坡变形破坏过程分析

3.1 斜坡变形破坏的机制分析

从上面的分析可见，倾倒塌滑体的形成主要受平行于岸坡走向的岩层结构与地形因素所控制。由于岸坡主要岩体为片麻岩，片理走向NE 40～60°，倾向SE ，倾角60～75°，走向与岸坡近平行并倾岸里，构成陡倾山内的逆向坡；坡体前缘不仅有倾向岸里的缓倾角裂隙组发育，而且岩体中断裂、节理发育，坡体后缘有成组的缓～中倾角的倾向谷坡外部的断裂集中发育(图2)。此外，岸坡地形高陡，两侧受断层、裂隙等的发育影响形成冲沟，加上黄河的深切侵蚀，形成了梁状三面临空地形，为倾倒塌滑体提供了变形的边界条件。结合斜坡所处的环境条件、岩体结构特征，该斜坡的演变过程可分为如下阶段：

1—黄河；2—缓倾岸内结构面；3—倾岸外的结构面；4—片理

图2 倾倒体未形成前岸坡结构示意图

Fig.2 Structure sketch of the slope before topple-slumping

(1) 斜坡岩体在应力作用下沿结构面初始变形阶段

当河流下切，河谷不断加深，伴随大面积的卸荷作用，斜坡岩体应力状态出现明显地分异：坡体后缘为拉应力分布区，坡脚地带为剪应力集中区。坡积碎石 土

冲积砂卵 砾石 片麻岩

石英岩 片岩

实测及推 测倾倒体 剪切裂隙 及编号 逆断层编 号及上盘 2 100

2 000

1 900

2 005 m

1 906 m

z /m