2.3 水电水利工程环境边坡危岩体的发育特征

2.3.1 溪洛渡水电站右岸边坡危岩体的发育特征与分布规律

1.右岸尾水洞出口区天然边坡

根据现场地质调查，右岸尾水洞出口区边坡未支护部分地质条件大致可以分为以下几个区域。

（1）Ⅰ区：位于二坪子沟附近，高程约为545.00～645.00m，地形上为天然陡壁，岩性为P₂β₁₂层致密状玄武岩及角砾集块熔岩，层内错动带和缓倾角裂隙比较发育。边坡岩体完整性较好，除局部存在危岩体外，总体上边坡稳定性较好。

（2）Ⅱ区：位于二坪子沟下部，高程约为545.00～595.00m，地形上为一缓坡，坡度约10°～20°，岩体风化较强，呈强风化状态，岩性为P₂β₁₂层致密状玄武岩。边坡岩体完整性较差，呈镶嵌—碎裂结构，由于已进行了坡体清理，加上坡度较缓，边坡稳定性较好。

（3）Ⅲ区：位于二坪子沟与泄洪洞出口开挖区之间，下部沿11层顶部平台分布，高程约为490.00～545.00m；顶部为雾化区开挖马道，高程约为555.00～615.00m。地形上为一陡坡，上部坡度约70°～80°，下部约60°～70°。岩性为P₂β₁₂层中下部致密状玄武岩，细长柱状节理发育。岩体风化卸荷强烈，顺坡向陡倾裂隙普遍张开1～10cm，在边坡中上部形成了较多危岩体，个别块体较大；在边坡下部由于受风化作用影响，岩体较破碎，呈镶嵌—碎裂结构，边坡稳定性较差。前期进行雾化区开挖时，对该部分边坡已进行了削头处理和危岩体清理，大部分危岩体已清除，边坡稳定性大大好转，但在边坡的上部仍分布有较多危岩体。图2.2为尾水洞出口区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区全貌。图2.3和图2.4为发育在Ⅲ区内的危岩体。

（4）Ⅳ区：位于11层顶面平台以下区域，是永久工程尾水洞出口的关键部位，下部边界位于尾水洞出口开口线附近，高程约为430.00～460.00m；上部边界为11岩流层顶部平台，高程约为490.00～545.00m，地形上为一陡壁，坡度70°～85°，岩性为P₂β₇～P₂β₁₁层玄武岩及角砾集块熔岩，层间、层内错动带和节理裂隙发育，特别是顺坡向陡倾裂隙受卸荷影响普遍拉裂张开，局部可达10cm，坡面上危岩体分布较多，雨季经常发生掉块和崩塌现象，边坡稳定性差。

（5）Ⅴ区：位于高程430.00～460.00m以下至江边区域，岩性为P₂β₆～P₂β₇层玄武岩及角砾集块熔岩。该区整体稳定性较好，但局部仍然存在对尾水洞出口永久运行的不安全因素。

2.右岸电站进水口—泄洪洞进口区天然边坡

右岸电站进水口—泄洪洞进口天然边坡地形上分为3段：顶部至C12段为80°以上的天然陡壁，高约50m；C12至其下方约20m范围内为50°～60°的斜坡；斜坡以下又为80°左右的陡壁，高约30m。边坡岩性为P₂β₁₂～P₂β₁₃层致密状玄武岩及角砾集块熔岩，岩体以次块状结构为主，整体弱风化、弱卸荷—强卸荷。

电站进水口段边坡由于受C12层间错动带的控制影响，其上、下10m范围内岩体卸荷严重，卸荷裂隙发育，多数较为长大，贯通性好，普遍张开，充填岩屑、次生泥，加之C12和与之平行发育的层内错动带的切割，岩体呈块状，多为危岩体，另外，部分岩体的脱落，使得该部位倒悬体较多，整体形成一条带状区域，长约250m，宽约20m。该段边坡局部稳定性差，产生危岩体崩塌的可能性较大。

泄洪洞进口610m平台以上大致可以分为以下几个区域。

（1）Ⅰ区：位于4号泄洪洞上游，高程约为700.00～742.00m，地形上为天然陡壁，顶部为三缆路，下部边坡形成“凹岩腔”，层内错动带和节理裂隙不发育，岩体较完整，但沿岸坡发育一组长大陡倾裂隙，产状N80°E/NW∠85°～88°，与岸坡近于平行，裂面平直，由于受卸荷影响，裂面普遍张开，三缆路外缘可见拉裂缝张开8～15cm，与下部“凹岩腔”贯通，边坡稳定性差。

（2）Ⅱ区：桩号坝0-174～0-081m，高程约为630.00～739.00m，地形上为陡坡，中部C12层间错动带附近地形相对较缓，堆积少量早期上部开挖的石渣。层内错动带不发育，但12层柱状节理发育，分布少量陡倾裂隙，局部张开，坡面较完整，总体上边坡稳定性较好。

（3）Ⅲ区：与缆机平台上游边坡接壤的部位，高程约为637.00～739.00m，地形仍为陡坡，边坡岩体层内错动带不发育，但裂隙较为发育，以陡倾角为主，柱状节理发育。由于受缆机平台上游侧边坡开挖切割，形成临空面，加上爆破和卸荷影响，裂隙普遍张开，局部达1～10cm，致使坡面上分布较多危岩体。图2.5和图2.6为发育的危岩体。

3.左岸电站进水口天然边坡

左岸电站进水口开挖线以上至13岩流层顶平台的天然边坡，地形陡峻，坡角一般为70°～80°，部分地段近直立，局部呈倒悬。边坡上部为13岩流层顶部平台，高程大致在770.00～720.00m；边坡下部为电站进水口610m平台，坡高100～160m。天然边坡主要由P₂β₁₂～P₂β₁₃层致密状玄武岩和少量角砾集块熔岩组成。C12层间错动带分布在天然边坡的中部，错动强烈，破碎带宽30～50cm，由角砾、碎块和岩屑组成，结构较松散。层内错动带主要分在12层玄武岩内，规模较小，破碎带宽一般5～10cm。边坡岩体中裂隙较发育，以顺坡向为主，特别是在13层玄武岩和12层角砾集块熔岩中，顺坡向裂隙延伸较长，充填岩屑以及次生泥。岩体风化卸荷较强，强卸荷深度一般可达10～15m，弱卸荷深度一般30～35m。

通过前期地质调查，发现该区域边坡整体稳定虽然较好，但是由于地形陡峻，岩体中顺坡向卸荷裂隙发育，岩体风化卸荷强烈，顺坡向裂隙普遍张开，在坡面上形成较多危岩体，易形成掉块和塌滑，边坡局部稳定性较差。工程施工初期，通过地质调查划出了边界明显、规模较大的危岩体。图2.7和图2.8为发育的危岩体。

2.3.2 锦屏一级水电站危岩体的发育与分布规律分析

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流中下游水电开发规划的“控制性”水库梯级。枢纽区两岸山体雄厚，谷坡陡峻，基岩裸露，相对高差千余米，为典型的深切“V”形谷。天然状态下地应力较高，谷坡形成后在长期应力释放及重力卸荷等综合因素作用下，谷坡岩体向临空方向卸荷回弹变形明显，使得卸荷裂隙较发育；另外雨水、地下水等对大理岩有溶蚀作用，使得溶蚀裂隙较发育。多组结构面的存在为强度较高的大理岩进入时效变形破坏创造了条件，受风化、地下水及人类工程活动等因素作用，陡倾裂隙带进一步拉裂扩张，就会在两岸高位边坡形成很多危岩体。

通过详细调查，锦屏一级水电站枢纽区高位边坡危岩共66区（块），其中左岸32区（块），右岸34区（块）；从危岩的分布上看，左岸危岩体具垂直分带性，且主要分布在三滩紧闭向斜核部的砂板岩地层中，右岸危岩体分布在高程2000.00～2800.00m以上倾河谷偏上游展布的陡崖上；从危岩的规模上看，危岩体体积大于1万m³的巨型危岩有4个区、1000～1万m³的特大型危岩体有23个区、100～1000m³的大型危岩有16个区（块）、10～100m³的中型危岩有18个区（块）、小于10m³（＞1m³）的危岩有4块。

2.3.2.1 右岸高位边坡危岩发育特征与分布规律

右岸研究区范围为普斯罗沟—手爬沟之间，高程范围：1960.00～2450.00m。右岸边坡为三滩紧闭倒转向斜的正常翼，属顺向坡。研究区地形地貌上层陡缓相间的台阶状，自普斯罗沟至手爬沟之间，以高程2800.00～2000.00m为界。上部为坡度70°～90°的陡崖峭壁，下部为坡度40°～45°的平面型中等坡。上部陡崖段基岩几乎完全裸露；下部缓坡段少有基岩裸露，地表坡残积物一般厚0.3～0.8m。研究区地层主要为中上三叠统杂谷脑组第二段厚层块状结构的条纹状大理岩（上部陡崖段），薄—中厚层状、块状结构特征的条带状、角砾状大理岩（下部缓坡段），少量绿片岩呈夹层状、凸镜体状分布于整个研究区。研究区Ⅰ、Ⅱ级结构面不发育，Ⅲ～Ⅳ级结构面中的层间错动挤压带、长大裂隙、一般裂隙较发育。层间挤压错动带主要发育在下部中等坡段。边坡卸荷主要发育在上部陡崖段，强卸荷带水平深度一般5～10m，卸荷裂隙张开宽度一般小于3cm，间距一般2～5m，卸荷带底界水平深度一般20～40m。右岸研究区岩体除层间挤压错动带和绿片岩夹层局部有强风化外，岩体一般无强风化。弱风化水平深度一般小于20m。岩体质量较好，上部陡崖段岩体质量等级为Ⅱ级，下部中等坡段为Ⅲ级。

以上地形地貌、地层岩性、地质构造条件等决定了危岩体发育特征和分布规律。右岸研究区共发育危岩体34块（区）。首先，危岩体的发育和分布受地形条件（主要为边坡坡度和坡面形态）控制，主要发育在坡度较大的陡崖段：其中，上部陡崖段共发育危岩体30块（区），下部缓坡段基本没有发育危岩体，陡崖和缓坡交界地带发育4块（区）。其次，受软弱岩带影响、控制的危岩体约有13块（区）。再次，危岩体的发育特征受卸荷裂隙的控制明显，其中，受卸荷裂隙控制的危岩体约有10块（区）。最后，由于研究区的大理岩属浅变质岩，陡崖段溶蚀裂隙、溶蚀凹腔等溶蚀现象有一定程度的发育。受溶蚀现象控制的危岩体共有6块（区）。图2.9为右岸1区危岩体全貌。

2.3.2.2 左岸高位边坡危岩发育特征与分布规律

左岸研究区范围为Ⅱ～Ⅵ号山梁之间，高程范围：1975～2450m。左岸边坡为三滩紧闭倒转向斜的正常翼（研究区下部）和倒转翼（研究区上部），属反向坡。研究区地形地貌上呈山梁与浅沟相间的微地貌特征，主要发育有Ⅱ号、Ⅴ号和Ⅵ号三个山梁，山梁上普遍分布有覆盖层；山梁间为冲沟，冲沟内基岩裸露，局部形成陡崖。研究区地层主要为中上三叠统杂谷脑组第三段砂板岩（研究区下部，高程为1975.00～2280.00m）和第二段大理岩（研究区上部，高程为2280.00～2450.00m）。

研究区Ⅰ、Ⅱ级结构面不发育，Ⅲ～Ⅳ级结构面中的层间错动挤压带、长大裂隙（主要为卸荷裂隙）、一般裂隙很发育，断层不发育，有一条煌斑岩脉斜穿下部研究区，呈平直延伸的脉状产出，一般宽2～3m，总体产状N60°～80°E，SE∠70°～80°，延伸长多在1000m以上。卸荷裂隙主要发育在研究区下部砂板岩层内，强卸荷带水平深度可达50～90m，表现为节理裂隙普遍松弛张开，裂面附近岩石风化较强，岩体多呈碎裂结构。在研究区上部大理岩中卸荷裂隙发育程度一般，水平深度一般10～20m，卸荷裂隙集中张开明显，一般3～7cm，少量10～20cm，间距一般2～5m，裂面普遍绣染，充填风化岩屑、岩块，部分可见次生泥，岩体块裂特征明显。图2.10为左岸21区危岩体全貌。

以上地形地貌、地层岩性、地质构造条件等决定了危岩体发育特征和分布规律。

左岸研究区共发育危岩体32块（区）。首先，危岩体的发育、分布受地形条件（主要为边坡坡度和坡面形态）控制：主要发育在梁脊和冲沟内坡度较大的陡坡或陡崖段；发育于缓坡段的危岩体多为上部失稳后的块石停留坡表形成孤立式危岩体，数量较少。其次，危岩体的发育特征和分布规律受地层岩性和地质构造控制：左岸研究区下部为砂板岩段，约70%的危岩体发育该砂板岩段；研究区上部的大理岩段危岩体发育相对较少。

总体来看，左岸研究区危岩体具有垂直分带性。左岸研究区可分为高程1975.00～2100.00m的陡崖段（下段）、高程2100.00～2280.00m的缓坡段（中段）和高程2280.00～2450.00m的大理岩出露段（上段）等3段。其中，下段危岩体发育特征和分布特点为：危岩体发育密度大、规模大、类型多等；中段危岩体发育特征和分布特点为：危岩体发育密度小、规模小、类型较单一，主要为孤立式危岩体，该段边坡多为第四系覆盖层覆盖；上段危岩体发育和分布特点为：危岩体发育密度小、规模一般，类型较单一。

2.3.2.3 地形地貌条件、岩体结构特征及岩体卸荷与危岩体发育的关系

1.地形地貌条件与危岩体发育的关系

以上统计结果显示：①左岸、右岸危岩体80%以上分布在坡度大于50°的边坡上。②从右岸危岩体发育程度与边坡坡度的关系中可以看出危岩体的发育程度随边坡坡度的增大而增强。③从左岸危岩体发育程度与边坡坡度的关系中可以看出危岩体的发育程度与边坡坡度没有正相关性，危岩体主要发育的坡度为50°～60°，约占总量的45%。④从右岸、左岸危岩体发育程度与边坡坡度的关系可以看出危岩体的发育程度随边坡坡度的增大总体有增强的趋势，其中危岩体在50°～60°边坡上发育程度较高。⑤由于右岸边坡类型主要为中等坡度边坡（40°～60°）和陡坡（＞60°），两者大致各占一半，左岸边坡类型大部分为中等坡，而陡坡分布相对不多，这就导致了以上分析中危岩体发育程度在坡度50°～60°之间较高的一个主要原因，总之，危岩体发育程度随边坡坡度的增大而增强，且多发育在坡度大于50°的边坡上。

2.岩体结构特征与危岩体发育的关系

危岩体发育与岩体结构关系紧密，不同岩体结构类型条件下发育的危岩体类型不同，发育的密度也不同。据现场调查，研究区内，悬挂（错断）式危岩体一般发育于右岸厚层—块状结构的大理岩组中；贴坡（滑移）式危岩体一般发育于右岸中厚层—次块状结构的大理岩组和左岸厚层状变质砂岩组；板裂（倾倒）式危岩体一般发育于陡倾裂隙密集的块状—次块状结构的岩体中；砌块（滑移或倾倒）式危岩体一般发育于左岸次块—镶嵌结构的变质砂岩夹板岩岩组中；孤立［滚（滑）落］式危岩体一般为大理岩岩块失稳后在下部较缓坡面阻力等作用下停留在坡表形成。同时，统计发现：岩体质量等级越低、岩体结构越松弛，危岩体发育的密度就越大，反之亦然。

3.岩体卸荷与危岩体发育的关系

研究区高位边坡危岩体一般都发育于强卸荷带内。平硐地质调查表明：卸荷作用主要表现为结构面拉张松弛变形，使坡体内走向与岸坡方向基本一致的节理裂隙多松弛张开；其次表现为卸荷差异回弹，使岩体内缓倾软弱结构面之间的陡倾裂隙拉张。同时，由于岩性、坡体结构不同，卸荷作用表现形式、卸荷岩体深度等也有较大差异。

研究表明，右岸具有卸荷深度小，卸荷裂隙不发育的特点。右岸强卸荷带水平深度一般5～10m，卸荷裂隙张开宽度一般小于3cm，间距一般2～5m，充填风化岩屑、岩块，局部可见此生泥，卸荷裂隙之间的岩块相对完整，岩体块裂特征较明显。现场调查发现，右岸危岩体全部发育于强卸荷带内，且其中一部分危岩体稳定性的控制性结构面为局部张开、未完全贯通的顺坡向陡倾卸荷裂隙。

左岸危岩体与强卸荷关系紧密：左岸强卸荷深度大，卸荷裂隙张开宽，卸荷特征较复杂。左岸强卸荷带在大理岩中水平深度一般为10～20m，卸荷裂隙多表现为集中出现的空缝状，裂隙集中张开明显，一般为3～7cm，少量为10～20cm，间距一般为2～5m，充填风化岩屑、岩块，部分可见次生泥，岩体块裂特征明显，左岸大理岩段内发育的危岩体主要呈块状或柱状原因就在于此；砂板岩内水平卸荷深度可达50～90m，集中卸荷的特点则不明显，卸荷带结构面普遍松弛张开，裂面附近岩石风化较强，岩体多呈碎裂结构和次块—镶嵌结构。左岸砂板岩段的卸荷特点决定了砂板岩段内砌块式危岩体的普遍发育。

2.3.3 黄金坪水电站危岩体的发育与分布规律分析

黄金坪水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，地处青藏高原东南部川西北丘状高原东南缘向四川盆地过渡地带，北为巴颜喀拉山脉南东段，东靠邛崃山脉北段，西依大雪山山脉，为横断山系北段的高山曲流深切峡谷地貌，山势展布与主要构造线走向基本一致。工程区位于川滇菱形断块东侧外缘，外围区域断裂带规模宏大，发育历史悠久，以北西向鲜水河断裂带、北东向龙门山断裂带、南北向大渡河断裂带以及金汤弧形构造带构成了本区基本的构造框架。枢纽区岩体主要为斜长花岗岩、石英闪长岩和闪长岩。岩石致密坚硬，抗风化能力强，风化作用主要沿裂隙产生，局部可见球状风化，其风化强度、深度和分布规律明显受构造、地形、岩体卸荷和地下水等因素控制。

枢纽区河谷深切，谷坡陡峻，在河谷强烈下切导致谷坡向临空方向产生较强烈卸荷。勘探平洞揭露，坝区左岸岩体强卸荷水平深度一般51～90m，右岸岩体强卸荷水平深度一般22～36m，左岸大厂区岩体强卸荷水平深度一般28～79m，卸荷作用主要沿顺坡向中陡倾角裂隙进行，在裂隙密集部位卸荷明显，其卸荷强度一般随水平深度增加而减弱。此外，弱风化下限一般与弱卸荷带相对应。枢纽区危险源形成原因绝大多数与岸坡岩体卸荷有关，特别是在陡坡或冲沟沟壁地带，卸荷强烈，岩体多松弛破碎，危岩体常常成片状集中发育。

根据地表及平洞的变形破坏迹象的调研，结合边坡岩体结构类型的分析，总体上看，环境边坡变形破坏类型以岩体的崩塌、滑动、倾倒为主，此外为部分地段发育崩坡积堆积体饱水后的流动以及较大规模的孤石坠落或滚动等。

1.崩塌

崩塌为枢纽区环境边坡最普遍的破坏类型，多发生在地形陡峻或沟道侧壁地带，边坡岩体多强烈卸荷，松弛张裂。区内沿河两岸基岩陡坡下及冲沟沟槽，多见大小不一的崩坡积堆积体，其物源多来自附近基岩陡坡或基岩沟壁的岩体崩塌。该类破坏主要由于边坡侧向应力削弱后（例如河谷下切、人工开挖等），卸荷回弹，坡面产生张裂隙，这种张裂隙多与原始坡面平行或追踪原生高角度的构造结构面发育。当河谷进一步的深切，卸荷裂隙愈向深部发展，裂隙顶部张开度愈来愈宽。由于卸荷差异回弹，还可能产生与坡面大角度相交或近于垂直的剪切裂隙。随着卸荷裂隙由坡面向深部发展，在边坡则形成了卸荷带或松弛张裂带。枢纽区两岸强卸荷带水平深度20～90m左右，边坡浅表层岩体松动，在地形坡度较陡，岩体存在临空面，岩体结合力小于重力的情况下，岩体拉裂，发生崩塌，主要运动形式为自由坠落或沿坡面跳跃、滚动。图2.11为左岸泄洪洞出口上方松弛张裂岩体。

此外，在发育有中陡倾坡内或陡倾坡外结构面的边坡前缘临空面，表层岩体易向临空方向倾倒、拉裂、倒塌，其变形机制为弯曲—拉裂，这种变形模式最终多以崩塌或坠石为主要破坏方式。

2.平面型滑动

边坡岩体在结构面临空或坡脚岩体被剪断的情况下，沿一组结构面整体向下滑移，其变形破坏机制为剪切-滑移。自然边坡上可见平面滑体空腔，如图2.12所示。

3.楔型体滑动

边坡岩体在两组或两组以上结构面组合而成的楔形体，沿两个滑动面交线方向滑动，其变形破坏机制为剪切-滑移。自然边坡特别在两面临空的山脊附近上可见楔形体空腔，如图2.13所示。

4.倾倒

倾倒变形在工程区部分地段发育，主要表现为表层岩体沿顺坡向陡倾角结构面向临空方向拉裂、倒塌，最终多以崩塌或坠石为主要破坏方式。在泄洪洞进口附近边坡岩体这种变形破坏较为典型，见图2.14。

此外，枢纽区环境边坡变形破坏类型尚有部分地段崩坡积堆积体饱水后流动（坡面泥石流），以及部分稳定状态较差的早期坡面上暂时停留的崩塌孤石在诱发因素下的继续坠落或滚动，多发生在具有较大自然坡降的沟谷地区和乡村公路、平洞等堆渣边坡，见图2.15。