论水电工程边坡分类_宋胜武
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
* 收稿日期： 2010－06－30； 收到修改稿日期： 2011－12－16． 基金项目：国家自然科学基金（ 40272118） ，雅砻江水电开发联合研究基金重点资助项目（ 50539100） ． 第一作者简介：宋胜武，主要从事水来自百度文库水电工程地质及技术管理方面的研究工作． Email： sshengwu@ chidi． com． cn
Journal of Engineering Geology 工程地质学报 1004－9665 /2012 /20（ 1） -0123-08
论水电工程边坡分类*
宋胜武① 徐光黎② 张世殊①
（ ①中国水电工程顾问集团成都勘测设计研究院 成都 610072） （ ②中国地质大学（ 武汉） 武汉 430074）
摘 要 相对其他工程而言，水电工程边坡规模大，所处的地质环境条件更加复杂。随着我国水电工程的大开发，在高山峡 谷中修建了不少高坝，边坡开挖高达 300m 以上，而且在开口线之上还可能存在数百米甚至千米以上的自然边坡，坡度陡峻， 高边坡的稳定性问题已经成为工程建设中的关键技术问题。为揭示边坡特征，方便描述、交流和评价，进行科学的边坡分类 就具有重要的理论和现实意义。在收集分析国内外边坡分类体系的基础上，笔者结合多年来的工程实践认为，已有的边坡分 类方法不能完全适应水电工程边坡状况，有必要进行改进与完善。根据针对性、体现本质、层次性和系统性等 4 个原则，本文 提出了水电工程边坡分类框架： 第 1 层次按边坡与所在工程位置关系划分； 第二层次按边坡重要性和危害性进行边坡分级； 第三层次按边坡特征、几何特征和变形破坏特征进行分类； 在第四层次分类中，再依据其物质组成、坡体结构、坡度、高度、变 形机制、破坏形式、变形范围和边坡的危险源分别进行了进一步的分类。文中首次提出了边坡分级表、峻坡与悬坡、高边坡与 超高边坡的分界线、以及环境边坡按危险源的分类方法。建议峻坡与悬坡的分界为 60°，高边坡与超高边坡分界为 80m， ＞300m的边坡为特高边坡，并指出采用坡体结构进行分类，能揭示边坡可能变形破坏的边界条件和失稳模式，其工程应用性 更强。 关键词 水电工程 边坡分类 坡体结构 工程边坡 环境边坡 中图分类号：TV22 文献标识码：A
2. 3 按岩体结构分类
谷德振（ 1979） 依据结构面和结构体组合情况 及其连接特 性，提 出 了 岩 体 结 构 的 分 类 框 架［9］，考 虑了岩 石 建 造 和 岩 石 改 造 的 特 征。之 后，孙 广 忠 （ 1988 ） 进 一 步 把 岩 体 结 构 细 分 为 6 大 类 12 亚 类［10］。国标《岩土工程勘察规范》（ GB50021-2001， 2009 修订版） 将岩体结构划分为： 整体状、块状、层 状、碎裂状和散体状结构等 5 大类型［11］。此分类较 好地考虑了边坡岩体的结构特征，对研究在外力作 用下岩体的强度、变形性质及其各向异性非常有用， 却不能考虑坡体结构，与边坡稳定关联性不大。
Abstract Slopes in hydropower engineering are more complicated，higher and steeper than other engineering slopes． Due to the complex geological conditions and large scale man-made activities，the stability of the high slopes has become one of the key problems． A reasonable slope classification system is not only helpful for the description and stability analysis of slopes，but also useful for the geological investigation，design and construction of hydropower projects． Based on the insight of slope classifications in the world and the authors' practice experience，the existing specification of slope classification is needed to be modified． A new classification systemic frame is put forwarded in this paper． It takes the hydropower project relationship into consideration and combines the existing schematic achievements． According to the relationship with the project site，the slopes are firstly classified into 2 categories， i． e．，dam area slopes and reservoir area slopes． The dam area slopes are further classified into cut slopes and sur-
124
Journal of Engineering Geology 工程地质学报 2012
rounding slopes． Then，slopes are classified 5 ranks according to the importance of hydropower project and the hazards of slopes． Thirdly，it is classified according to characteristics of slope，geometric dimensions of slope， deformation or failure models． Finally，slopes are further classified into different types depending on the lithology， slope structure，inclination angle of slopes，height of slopes，deformation mechanism，failure mode and hazard resources． It is suggested that very steep slopes and hang slopes are divided by 60° of inclination angle． High slopes and extra high slopes are divided by 80m of slope heights． The surrounding slopes are classified by the hazard resources． It is found that to use slope mass structure for slope classification is better than to use rock mass structure because slope mass structure is related with the slope stability． Key words Hydropower engineering，Slope classification，Slope structure，Cut slope，Surrounding slope
由于边坡所处的地形地貌、地质环境条件，及其 各个自然因素，如地质、地貌、水文和气象等互相组 合情况的不 同，以 及 工 程 尺 度、施 工 方 法 的 千 差 万 别，边坡因此呈现出不同的变形、破坏特征。为了便 于对边坡的 认 识、描 述 和 评 价，揭 示 其 变 形 破 坏 本 质［4 ～ 6］，需要对边坡进行分类进行研究。边坡分类 也与工程设计中的参数选用密切有关，也是确定采 取工程防治措施的主要依据［4 ～ 6］。因而，边坡分类 具有重要的理论意义和现实意义。
国内外对边坡分类进行了长期的研究。但是， 由于边坡的成因、地层岩性、变形和运动特征、破坏
的复杂性，再加上不同地区、不同行业的研究人员的 认知角度和要解决的实际问题存在差异，导致在分 类的原则和各项指标上存有很大的差别。根据笔者 多年来的研究与实践经验认为，随着高山峡谷区大 型水电工程建设中高边坡问题的日益突出，现有规 范中提出的边坡分类方法不能完全适合目前水电工 程状况，进一步改进、完善现有边坡分类变得越发重 要起来。若按规范中的标准来进行边坡稳定性计 算、采取工程措施，完全忽视工程边坡规模效应，可 能会导致工程风险过大，达不到应有的治理效果，留 下巨大的灾难性隐患。因而，从工程建设和工程运 营的实际出发，对边坡的分类与分级标准进行探讨 亦是非常必要的。
2 现有边坡分类简介
从边坡的成因、物质组成、岩体结构、坡高和坡 度、岩层走向与坡面走向关系、变形与破坏等角度出 发，国内外己提出了多种边坡分类方法或体系。但 由于地域的地质条件、应用的工程领域不同，分类目 的、原则和方法也不完全相同［6 ～ 22］。
2. 1 按成因分类
孙玉科和徐义芳（ 1959） 认为，首先应根据成因 进行分类，以地貌为基础来研究边坡的形态特性，同 时考虑内力的作用造山作用。他们将边坡划分为： （ 1） 剥蚀边坡； （ 2） 侵蚀边坡； （ 3） 滑塌及人为边 坡［7］。从掌握的文献资料看，这是我国最早的边坡 分类。但是，由于其仅从所处的地貌单元及其他的 内力作用进行分类，不涉及边坡的坡体结构、规模和 稳定性，很难适用于复杂的水电工程边坡分类。
2. 2 按物质组成分类
《建筑边坡工程技术规范》（ GB50330-2002） 首
20（ 1） 宋胜武等： 论水电工程边坡分类
125
先根据物质组成，将边坡分为土质边坡和岩质边坡； 再根据破坏形式，将岩质边坡滑移型、滑塌型 2 类。 并根据边坡类型、坡高和边坡工程损坏后可能造成 的破坏后果的严重性、边坡类型和坡高等因素，将建 筑边坡工程的安全等级分为一级、二级和三级。此 规范只适用土坡 H≤15m、岩坡 H≤25m 的建筑边坡 工程，否则应进行专门论证［8］。可见，它对大规模、 高陡的水电工程边坡是不适用的。
1引言
水电工程边坡不同于其他工程边坡。其一是以 岩石边坡为主，极少为土质边坡，这是由坝基、坝间 稳定性要求所决定的。其二是规模大，一般为（ 超） 高陡边坡，这是为追求经济效益最大化。近些年来， 出现了一批 100 ～ 300m 级的高坝，边坡高达数百米 甚至数千米［1］，岸坡坡度 40° ～ 70°，其规模前所未 有，世界罕见。其三是所处环境地质条件复杂 － 非 常复杂，这是由我国自然地域所决定。我国的水能 资源主要集中在云、贵、川、藏等地，集中分布在金沙 江、雅砻江、大渡河、南沧江、怒江等流域。受印度洋 板块与欧亚两大板块的碰撞挤压，这些流域的河流 谷深坡陡，构造应力水平高，卸荷作用强烈，岩体结 构复杂［1］，且 地 震 烈 度 高。 例 如，在 锦 屏 一 级 左 岸 和大岗山坝区右岸等电站边坡都发现了深部裂缝现 象，水平深度大于 100m，多数为 150 ～ 200m，最大超 过 300m，最大张开宽度可达 20cm 以上，延伸长度 可达 150m 以 上，这 些 问 题 都 是 以 前 没 有 遇 到 过 的［1］。可见，边坡工程已经成为水电工程建设中的 关键性问 题［1 ～ 3］，制 约 着 工 程 的 建 设 周 期、成 本 和 安全。
ON SLOPE CLASSIFICATION FOR HYDROPOWER ENGINEERING
SONG Shengwu① XU Guangli② ZHANG Shishu①
（ ①Hydrochina Chengdu Engineering Corporation，Chengdu 610072） （ ②China University of Geosciences，Wuhan 430074）
Journal of Engineering Geology 工程地质学报 1004－9665 /2012 /20（ 1） -0123-08
论水电工程边坡分类*
宋胜武① 徐光黎② 张世殊①
（ ①中国水电工程顾问集团成都勘测设计研究院 成都 610072） （ ②中国地质大学（ 武汉） 武汉 430074）
摘 要 相对其他工程而言，水电工程边坡规模大，所处的地质环境条件更加复杂。随着我国水电工程的大开发，在高山峡 谷中修建了不少高坝，边坡开挖高达 300m 以上，而且在开口线之上还可能存在数百米甚至千米以上的自然边坡，坡度陡峻， 高边坡的稳定性问题已经成为工程建设中的关键技术问题。为揭示边坡特征，方便描述、交流和评价，进行科学的边坡分类 就具有重要的理论和现实意义。在收集分析国内外边坡分类体系的基础上，笔者结合多年来的工程实践认为，已有的边坡分 类方法不能完全适应水电工程边坡状况，有必要进行改进与完善。根据针对性、体现本质、层次性和系统性等 4 个原则，本文 提出了水电工程边坡分类框架： 第 1 层次按边坡与所在工程位置关系划分； 第二层次按边坡重要性和危害性进行边坡分级； 第三层次按边坡特征、几何特征和变形破坏特征进行分类； 在第四层次分类中，再依据其物质组成、坡体结构、坡度、高度、变 形机制、破坏形式、变形范围和边坡的危险源分别进行了进一步的分类。文中首次提出了边坡分级表、峻坡与悬坡、高边坡与 超高边坡的分界线、以及环境边坡按危险源的分类方法。建议峻坡与悬坡的分界为 60°，高边坡与超高边坡分界为 80m， ＞300m的边坡为特高边坡，并指出采用坡体结构进行分类，能揭示边坡可能变形破坏的边界条件和失稳模式，其工程应用性 更强。 关键词 水电工程 边坡分类 坡体结构 工程边坡 环境边坡 中图分类号：TV22 文献标识码：A
2. 3 按岩体结构分类
谷德振（ 1979） 依据结构面和结构体组合情况 及其连接特 性，提 出 了 岩 体 结 构 的 分 类 框 架［9］，考 虑了岩 石 建 造 和 岩 石 改 造 的 特 征。之 后，孙 广 忠 （ 1988 ） 进 一 步 把 岩 体 结 构 细 分 为 6 大 类 12 亚 类［10］。国标《岩土工程勘察规范》（ GB50021-2001， 2009 修订版） 将岩体结构划分为： 整体状、块状、层 状、碎裂状和散体状结构等 5 大类型［11］。此分类较 好地考虑了边坡岩体的结构特征，对研究在外力作 用下岩体的强度、变形性质及其各向异性非常有用， 却不能考虑坡体结构，与边坡稳定关联性不大。
Abstract Slopes in hydropower engineering are more complicated，higher and steeper than other engineering slopes． Due to the complex geological conditions and large scale man-made activities，the stability of the high slopes has become one of the key problems． A reasonable slope classification system is not only helpful for the description and stability analysis of slopes，but also useful for the geological investigation，design and construction of hydropower projects． Based on the insight of slope classifications in the world and the authors' practice experience，the existing specification of slope classification is needed to be modified． A new classification systemic frame is put forwarded in this paper． It takes the hydropower project relationship into consideration and combines the existing schematic achievements． According to the relationship with the project site，the slopes are firstly classified into 2 categories， i． e．，dam area slopes and reservoir area slopes． The dam area slopes are further classified into cut slopes and sur-
124
Journal of Engineering Geology 工程地质学报 2012
rounding slopes． Then，slopes are classified 5 ranks according to the importance of hydropower project and the hazards of slopes． Thirdly，it is classified according to characteristics of slope，geometric dimensions of slope， deformation or failure models． Finally，slopes are further classified into different types depending on the lithology， slope structure，inclination angle of slopes，height of slopes，deformation mechanism，failure mode and hazard resources． It is suggested that very steep slopes and hang slopes are divided by 60° of inclination angle． High slopes and extra high slopes are divided by 80m of slope heights． The surrounding slopes are classified by the hazard resources． It is found that to use slope mass structure for slope classification is better than to use rock mass structure because slope mass structure is related with the slope stability． Key words Hydropower engineering，Slope classification，Slope structure，Cut slope，Surrounding slope
由于边坡所处的地形地貌、地质环境条件，及其 各个自然因素，如地质、地貌、水文和气象等互相组 合情况的不 同，以 及 工 程 尺 度、施 工 方 法 的 千 差 万 别，边坡因此呈现出不同的变形、破坏特征。为了便 于对边坡的 认 识、描 述 和 评 价，揭 示 其 变 形 破 坏 本 质［4 ～ 6］，需要对边坡进行分类进行研究。边坡分类 也与工程设计中的参数选用密切有关，也是确定采 取工程防治措施的主要依据［4 ～ 6］。因而，边坡分类 具有重要的理论意义和现实意义。
国内外对边坡分类进行了长期的研究。但是， 由于边坡的成因、地层岩性、变形和运动特征、破坏
的复杂性，再加上不同地区、不同行业的研究人员的 认知角度和要解决的实际问题存在差异，导致在分 类的原则和各项指标上存有很大的差别。根据笔者 多年来的研究与实践经验认为，随着高山峡谷区大 型水电工程建设中高边坡问题的日益突出，现有规 范中提出的边坡分类方法不能完全适合目前水电工 程状况，进一步改进、完善现有边坡分类变得越发重 要起来。若按规范中的标准来进行边坡稳定性计 算、采取工程措施，完全忽视工程边坡规模效应，可 能会导致工程风险过大，达不到应有的治理效果，留 下巨大的灾难性隐患。因而，从工程建设和工程运 营的实际出发，对边坡的分类与分级标准进行探讨 亦是非常必要的。
2 现有边坡分类简介
从边坡的成因、物质组成、岩体结构、坡高和坡 度、岩层走向与坡面走向关系、变形与破坏等角度出 发，国内外己提出了多种边坡分类方法或体系。但 由于地域的地质条件、应用的工程领域不同，分类目 的、原则和方法也不完全相同［6 ～ 22］。
2. 1 按成因分类
孙玉科和徐义芳（ 1959） 认为，首先应根据成因 进行分类，以地貌为基础来研究边坡的形态特性，同 时考虑内力的作用造山作用。他们将边坡划分为： （ 1） 剥蚀边坡； （ 2） 侵蚀边坡； （ 3） 滑塌及人为边 坡［7］。从掌握的文献资料看，这是我国最早的边坡 分类。但是，由于其仅从所处的地貌单元及其他的 内力作用进行分类，不涉及边坡的坡体结构、规模和 稳定性，很难适用于复杂的水电工程边坡分类。
2. 2 按物质组成分类
《建筑边坡工程技术规范》（ GB50330-2002） 首
20（ 1） 宋胜武等： 论水电工程边坡分类
125
先根据物质组成，将边坡分为土质边坡和岩质边坡； 再根据破坏形式，将岩质边坡滑移型、滑塌型 2 类。 并根据边坡类型、坡高和边坡工程损坏后可能造成 的破坏后果的严重性、边坡类型和坡高等因素，将建 筑边坡工程的安全等级分为一级、二级和三级。此 规范只适用土坡 H≤15m、岩坡 H≤25m 的建筑边坡 工程，否则应进行专门论证［8］。可见，它对大规模、 高陡的水电工程边坡是不适用的。
1引言
水电工程边坡不同于其他工程边坡。其一是以 岩石边坡为主，极少为土质边坡，这是由坝基、坝间 稳定性要求所决定的。其二是规模大，一般为（ 超） 高陡边坡，这是为追求经济效益最大化。近些年来， 出现了一批 100 ～ 300m 级的高坝，边坡高达数百米 甚至数千米［1］，岸坡坡度 40° ～ 70°，其规模前所未 有，世界罕见。其三是所处环境地质条件复杂 － 非 常复杂，这是由我国自然地域所决定。我国的水能 资源主要集中在云、贵、川、藏等地，集中分布在金沙 江、雅砻江、大渡河、南沧江、怒江等流域。受印度洋 板块与欧亚两大板块的碰撞挤压，这些流域的河流 谷深坡陡，构造应力水平高，卸荷作用强烈，岩体结 构复杂［1］，且 地 震 烈 度 高。 例 如，在 锦 屏 一 级 左 岸 和大岗山坝区右岸等电站边坡都发现了深部裂缝现 象，水平深度大于 100m，多数为 150 ～ 200m，最大超 过 300m，最大张开宽度可达 20cm 以上，延伸长度 可达 150m 以 上，这 些 问 题 都 是 以 前 没 有 遇 到 过 的［1］。可见，边坡工程已经成为水电工程建设中的 关键性问 题［1 ～ 3］，制 约 着 工 程 的 建 设 周 期、成 本 和 安全。
ON SLOPE CLASSIFICATION FOR HYDROPOWER ENGINEERING
SONG Shengwu① XU Guangli② ZHANG Shishu①
（ ①Hydrochina Chengdu Engineering Corporation，Chengdu 610072） （ ②China University of Geosciences，Wuhan 430074）