岩石高边坡的时效变形分析及其工程地质意义

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100429665??2000??08(02)20148206　JournalofEngineeringGeology　工程地质学报

岩石高边坡的时效变形分析及其工程地质意义

黄润秋

(成都理工学院工程地质研究所　成都　610059)

Ξ

摘　要　以某拟建水电工程近坝库岸的岩石高边坡变形体为典型实例,结合现场勘察,对岩石高边坡时效变形的地质表现进行了观察分析,从宏观和微观上揭示了岩体时效变形这一自然高边坡普遍现象的地质特征和变形形迹。并综合分析了该高边坡的变形破坏机制,探讨了其稳定性。研究结果表明,实例高边坡是一处于轻微变形阶段的变形体,其存在不会对工程建设产生重大影响。

关键词　高边坡　时效变形　变形破坏机制　稳定性评价中图分类号:TU457;　文献标识码:A

TIME-DEPENDENTDEFORMATISLOPEANDITSENGINEERING-HUANGRun2qiu

(ChengduUniversityofTechnology,Chengdu　610059)

Abstract　Alotoffactsfromfieldinvestigationsshowthatatime2dependentdeformationofahighrockslopecouldoccurbeforeitsinstability.Accompaniedwiththisprocess,apotentialslipsurfacedevelopsgraduallyintheslope,andfinallycutthroughduetoprogressivefailurealongitorsometriggering.Inthispaper,thephenomenaoftifactorsme2dependentdeformationofaslopeontheleftbankofYalong.Theyrevealthattheslopehasexperiencedalong2termdeformationanditsRiveraredescribedindetail

mechanismcanbeconsideredasaslipalongtheweakbedplaneandbucklingonthefootoftheslope.Furtherevidenceindicatesthatthedeformationoftheslopeisquitelight,sincetheslopeisunderastableconditionatpresent.

Keywords　Highslope,Time2dependentdeformation,Deformationmechanism,Stabilityassessment.

1　引　言

自70年代人们认识到岩石边坡失稳之前,一般都要经历一个随着时间而发展的变形破坏过程以来[1,3,4],对岩石高边坡变形破坏机制的研究一直为人们所关注。这里,最为重要的研究方法就是通过现象的观察和分析,研究岩石边坡所经历的时效变形过程及伴随这一过程岩体内部的破裂行为;力图通Ξ

收稿日期:1999204205;收到修改稿日期:1999206210.

过这样的分析,阐明岩体失稳之前,潜在滑动面的孕育、累进性破坏及可能的贯穿过程,从而为岩石高边坡稳定性的评价及失稳预测提供基础。实际上,变形

破坏机制分析已经成为岩体稳定性工程地质评价的,变形历史行为的边坡作出稳定性的确切判断,进而发展了“变形稳定性分析”的概念[7,8]。

本文是作者研究过的一个比较典型的具有时效

基金项目:国家杰出青年科学基金(编号:49525204)和香港Croucher基金资助研究.作者简介:黄润秋(19642),男,博士,教授,主要从事工程地质和环境地质工作.

黄润秋:岩石高边坡的时效变形分析及其工程地质意义149

变形特征的岩石高边坡。通过勘察过程中对揭露现象的观察研究,从宏观和微观上揭示了大量的时效变形现象,通过对这些现象的综合分析,提出了该边坡整体的变形破坏模式机制及其演化的时间效应过程。一方面,分析确定了滑动面的位置及状况;另一方面,确定了边坡所处的变形状态,从而从变形稳定性的角度提出了对边坡稳定性的分析。

边坡(图1)。平面上呈“箕形”分布,上、下游分别由冲沟切割。变形部分的坡体前缘抵江,宽约240m,高程1640m,后缘高程至1940m;前、后缘相对高差约300m,顺坡纵长约460m,平均坡角37°,面积0.11km2,水平最大发育深度135m,总方量约180×104m3。

变形体主要发育于变质砂、板岩互层状岩体中,总体产状为N25°～30°～44°。断裂构造E??NW∠33°较为发育,陡倾角断层f5、f6、f621及f3分别从坡体后缘、中部及前缘穿过;中缓倾角层间挤压(剪切)构造带多顺砂、板岩界面发育,计有15～20条

。

2　边坡地质概况

所研究的边坡位于具有深切峡谷地貌特征的雅砻江某河段左岸,是由变质砂岩、板岩组成的顺倾向

图1　高边坡变形体工程地质剖面图

Fig.1　Engineering2geologicalprofileofahighslope

1.变形体边界,2.岩体分级编号,3.大理岩,4.砂板岩.

于迭加卸荷作用而变得更为强烈;下界以内的岩体,

3　边坡变形特征及形成机理分析

3.1　边坡变形破坏现象

完整程度高,无松动迹象。这表明,这一部份坡体的松动与岸坡的时效变形有紧密的联系。变形体中上部的SD3平硐揭露松动区的下界为水平距岸坡135m处的g12层间挤压带(图1)。g12以外,共发育松动张开裂隙173条,各种顺层剪切面、带30余条。SD1、SD3平硐松动张开裂隙发育频度及张开量随

变形体目前已施工了2条平硐和4个钻孔(图

1),揭露了丰富的斜坡变形破坏现象,归结起来,可概括为以下几方面的特征:3.1.1　岩体松动、质量降低

岸坡岩体松动与伴随河谷下切的卸荷2应力释放过程有密切的联系。但就变形体而言,其松动范围及松动程度的变化不具备一般河谷卸荷导致松动的变化规律,即岸坡浅表部强烈,向坡体内部逐渐减弱

至消失;,下界以外的坡体均存在不同程度的松动,只是在岸坡浅表部由

硐深的变化如图2所示。

岩体松动的结果,导致变形体范围内岩体质量大幅降低。统计表明,g12层间挤压带以外,岩体质量指标(RQD)平均仅为25%,波速在3000m?s-1以下,平均仅1800m?s-1;而g12以内,RQD值平均达60%,波速也迅速上升至平均4700m?s-1,为前者

的2～3倍,属??、??类岩体。岩体质量的大范围降

图2　张开裂隙频度及张开宽度随硐深的变化　　　　　　图3　SD3平硐134～137m素描　　　

Fig.2　Variationofapertureandfrequencyofopening　　　　　Fig.3　Sketchmapofthemaincreepbelt　　　

fissureswithdistancefromtheslopesu

rface　　　　　　　　　　　

at135mofaditN3　　　　

～2.0cm,;A灰色夹泥,厚1.5

～2cm,C,30cm,B泥夹角砾1

.0,,厚1.5～2.0cmD,0.1

低,显然是坡体长期变形、3.1.2、带现象,特征如下:

(1)后缘蠕滑带:SD3平硐揭露的坡体内最深、也是规模最大的顺层蠕滑带是135m处的g12,如图3所示。其厚度达37cm,上、下壁均有1.5～2.0cm厚的呈软塑状态的夹泥,其间是厚达30cm的蠕滑带物质,以泥夹细小角砾及中部的角砾夹泥组成。整带物质松散、结构混杂,并有地下水渗出,充

。

(2)内部多层滑移-张裂:调查表明,变形体除了沿g12的整体变形外,坡体内部也存在大量的次级蠕滑面,这种蠕滑面尤其发育在砂、板岩的界面上,为砂、板岩界面具有最大剪应力分布所致。如图4所示,这种滑移往往导致两滑移面之间的张开,其形成的张裂缝可宽达数厘米至十余厘米,并充填碎块石。沿多个层面的蠕滑往往由它们之间的张裂缝连通在一起,形成阶梯状张裂。实际上,这种变形形式是导致坡体内部岩体松动,质量降低的主要原因。

图4　SD3平硐38～47m岩体阶梯状张性破裂素描

Fig.4　Sketchmapofstepwisetensilecracks

～47mofaditSD3at38

3.1.3　蠕滑面、带的微观结构特征

为进一步证明沿弱面顺层蠕滑的存在,笔者对

一些典型层间挤压带或面,取其物质分离出石英颗粒,对其表面结构进行了扫描电镜研究。结果表明:

SD3和SD1平硐层间挤压带微观结构特征有较大的差别,SD3平硐石英颗粒多表现出两类结构(如表1),一类溶蚀程度较高,呈孔穴状,少量蜂窝状,是过

去构造历史的产物;另一类则极为新鲜,或在溶蚀程

表1　错动带石英颗粒表面结构扫描电镜分析结果

Table.1　Surfacetextureofquartzgrainsfromthemaincreepbelt

编号

SD1-g5SD1-f2SD1-f3SD1-g11SD1-g12SD1-g15SD1-g16SD3-g20SD3-g18SD3-g16SD3-g13SD3-g12SD3-F4

位置三滩1号硐20m

产状特　　　　征

表面结构大多呈贝壳状或次贝壳状,部份颗粒上可见70%颗粒具有中等～强烈溶蚀,

可见溶蚀沟槽及孔洞,

表面结构大多呈不同程度的溶蚀状态,浅者呈灰麻点状,深者呈孔洞状,并有石英晶体的重新生长一般都具浅～中等溶蚀表面结构,部份颗粒可见光滑断口

表面结构大多呈中等～强烈溶蚀状态,呈孔、穴、磷片、絮状

大多具浅度溶蚀,呈条纹状或灰麻点状,少见光滑断口

3%的颗粒溶蚀较强烈,其余一般都具浅～中等溶蚀结

鉴定结果有次生错动无或次生错动极弱无次生错动无次生错动无次生错动次生错动可能性小无次生错动次生错动可能性大次生错动可能性大有次生错动次生错动可能性小有次生错动有次生错动

N15°E??NW∠14三滩1号硐28～24mN8°W??SW∠4512三滩1号硐28～35mN8°W??SW∠35三滩1号硐105m三滩1号硐115m三滩1号硐142m三滩1号硐151m三滩3号硐50m三滩3号硐56m三滩3号硐80m三滩3号硐117m三滩3号硐124m三滩3N7°W??SW∠3099

N6°W??SW∠3312N1°W??SW∠365

N4°E??NW∠3312N5°E??NW∠2510SN??W∠30°SN??W∠46°N5°E??SE∠45°

91210

表面结构一般均呈浅度溶蚀～新鲜状态,仅少数颗粒表面结构呈麻点状或鳞片状,50%～,、,仅,,呈麻,,具葡萄状,结核状

,新鲜断面结构,其余也多呈次贝壳状

N27N°WW∠11

大多具轻度溶蚀,呈条纹状,并具新老两类溶蚀结构,

图5　SD1平洞39～42m(a)、64～66m(b)处岩体变形素描

～42m(a)and64～66m(b)ofaditSD1Fig.5　Sketchmapofrockdeformationat39

度较高的颗粒上又显现出新的破裂面,断口一般呈

贝壳状或光滑状,表明它们是近期挤压带错动所形成,从而证明了上部坡体沿弱面顺层蠕滑的存在。SD1平硐石英颗粒表面结构则不然,类型比较单一,以中等～强烈溶蚀的孔穴状、蜂窝状表面结构为主,甚至在一些溶孔、穴中还可见到新生长的、自形度很高的石英晶体。这表明,SD1平硐所位于的下部坡

体并未表现出明显的晚期顺层滑移。3.1.4　下部坡体的弯曲-张裂变形

上述的层间挤压带微观结构研究表明,下部坡体不存在明显的顺层滑移。实际上,SD1平硐所揭露的下部坡体变形迹象与SD3平硐揭露的上部坡体变形迹象也有着本质的区别:这一部位除浅表层(<20m)坡体由于层面切穿坡面,而发生强烈的卸

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