岩体结构控制下的边坡变形破坏模式分析

第36卷增刊1煤炭学报

Vol．36Supp．12011年

5月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY

May

2011

文章编号：0253－9993（2011）S1－0058－05

岩体结构控制下的边坡变形破坏模式分析

杨继红，董金玉，刘汉东，黄志全，刘海宁

（华北水利水电学院资源与环境学院，河南郑州450011）

摘要：结合某一水电工程，分析坝址区主要II 级结构面的特征，指出断层F11和五庙坡断层带

（F6、F7、F8）对边坡变形和稳定性起控制作用；通过地质分析概化出考虑主要结构面的三维数值分析模型，研究蓄水工况下边坡岩体的位移和剪应变增量分布特征；根据地质分析和数值模拟结果提出蓄水之后边坡特有的变形破坏模式，上盘岩体沿着断层F11剪切滑动从而挤压五庙坡断层带产生压缩变形。对边坡岩体的主控结构面断层F11和五庙坡断层带应进行必要的防渗和加固处理。关键词：岩体结构；结构面；边坡；变形破坏模式；剪切滑动中图分类号：TD824.7

文献标志码：A

收稿日期：2010－07－25责任编辑：韩晋平

基金项目：华北水利水电学院高层次人才引进资助项目（200902）；河南省教育厅自然科学研究计划资助项目（2010B410002）作者简介：杨继红（1976—），女，河南郑州人，副教授，博士。E －mail ：yangjihong@

Study on deformation and failure mode of slope

controlled by rock mass structure

YANG Ji-hong ，DONG Jin-yu ，LIU Han-dong ，HUANG Zhi-quan ，LIU Hai-ning

（Institute of Resources ＆Environment ，North China University of Water Resources and Electric Power ，Zhengzhou 450011，China ）

Abstract ：II order discontinuities in dam area of a hydropower project were studied．It is concluded that Fault F11and Wumiaopo fault zone （F6、F7、F8）control the deformation and stability of the slope．By geological analysis ，the three dimensional numerical analysis model considering important discontinuities was built．Distribution characteristics of displacement and shear strain increment of the slope under the condition of impoundment were studied．Based on re-sults of geological analysis and numerical simulation ，specific deformation mode of the slope was put forward ，the shear sliding of hanging wall along Fault F11result in extrusion deformation of Wumiaopo fault zone．It is necessary to rein-force and prevent seepage of the discontinuities （Fault F11and Wumiaopo fault zone ）of the slope．Key words ：rock mass structure ；structural surface ；slope ；deformation and failure mode ；shear sliding

孙广忠［1］

在《岩体结构力学》

（1988年）中正式提出了“岩体结构控制论”理论，认为岩体是由结构

面和结构体组成，其不同组合方式使岩体表现出不同

的变形及破坏特征。经过多年的研究和发展，特别是一些大型工程的研究成果，“岩体结构”已成为评价

岩体工程地质特性、岩体稳定性的重要基础理论和方法。孙玉科［2］

在研究了大量露天矿和水电工程边坡、滑坡的资料后，根据岩体结构特性归纳出5种具有典型意义的工程地质模型，即金川模型、葛洲坝模型、盐池河模型、白灰厂模型和塘岩光模型。一些学者

［3－6］

对岩体结构特征及其边坡的变形破坏模式进

行了较为深入的研究。杨志法［7］

在对安县西部汶川地震次生地质灾害的研究中发现“地质结构面对地震次生灾害具有控制性作用”

。II 级结构面多为工程区大型地质结构面，如断层、不整合面、假整合面、层间错动、大型侵入岩体接触带、

原生软弱夹层，一般长度约数百米至数千米，宽度约为1 5m ［8－9］

。本文以某一水电工程为例，分

析了坝址区主要II 级结构面的特征，概化出考虑主

要结构面的三维地质模型和数值分析模型，分析了库

水作用下该边坡特有的变形破坏模式，并预测了蓄水后边坡的变形破坏特征。

1

坝址区边坡地质概况

1.1

地形地貌

坝址区河谷呈两端南北向、中间近东西向的反

增刊1杨继红等：岩体结构控制下的边坡变形破坏模式分析

“S”形展布。两岸谷坡比较完整，在反“S”形两转弯处，左岸有老断沟、右岸有余铁沟以悬谷形式与主河道相交。老断沟与主河道交汇处高程210m，余铁沟与主河道交汇口处高程220m。河床水面高程168m 178m，纵坡比降0.4%。

坝址区河谷为“U”型峡谷，谷坡覆盖层较薄，大部分基岩裸露（图1）。谷底宽度100 180m，在正常蓄水位275m时，河谷宽度200 500m，最宽不超过1000m。由于组成河谷的岩层软硬相间，使两岸谷坡陡缓不同，呈台阶状。

图1坝址区地形地貌

Fig.1Geomorphic feature of the slope in dam area

1.2地层岩性

坝址区出露的地层为太古界登封群（前震旦系）、中元古界汝阳群（震旦系）、古生界寒武系及第四系。太古界登封群是一套经受区域变质作用形成的杂岩体，岩性主要为片麻岩和片岩；中元古界汝阳群为一套滨海相沉积的碎屑岩，与下伏太古界登封群呈角度不整合接触；寒武系岩性主要为灰岩、灰质白云岩、泥灰岩、钙质页岩等，与下伏中元古界汝阳群呈平行不整合接触，底部见角砾状石英砂岩。

第四系上更新统（Q3）古滑坡堆积物（delQ3）：岩性为破碎松动岩体、岩块及碎石，局部钙质胶结，厚10 40m；古崩塌堆积物（colQ

3

）：岩性为巨型鲕状灰岩岩块及碎石，局部钙质胶结；全新统（Q4）：坡积、洪积岩块、碎石及壤土（dl+plQ4）。

1.3地质构造

坝址区位于盘古寺断层以北，构造线方向为280ʎ 300ʎ。根据构造形迹，由北至南可分为3个构造单元：余铁沟至老断沟以北，为一单斜构造区；两沟以南至五庙坡断层间，为一褶皱断裂发育区，即龟头山褶皱断裂发育区；五庙坡断层以南至盘古寺断层之间，为一断层密集区。对坝址区山体稳定性有控制作用的主要断层分布如图2、3所示。

图2坝址区断层分布

Fig.2The fault distribution in dam area

2边坡岩体结构面发育特征

根据现场的调查分析，发现坝址区山体或边坡岩体的稳定性主要受控于坝址区发育的II级结构面：断层F11和五庙坡断层带（F6、F7、F8）。

F11逆掩断层走向300ʎ 310ʎ，倾向SW，倾角15ʎ 27ʎ，最大倾角51ʎ。断层面呈舒缓波状，断距5 30m。断层带宽度0.5 2.0m，组成物质可分两个带，即断层泥带、压碎岩带。泥带厚1 10cm，为含角砾的断层泥，遇水软化，分布不连续；压碎岩带厚0.4 1.9m，为碎裂的片麻岩夹构造透镜体，挤压紧密。垂向上，高程190 210m以下，断层局部分成3个破裂面，倾角分别为23ʎ、20ʎ、15ʎ，以23ʎ为主断裂面。在断层两盘，往往发育有拖曳褶皱及羽状剪节

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