边坡工程

常规规模的岩质边坡变形和破坏特征往往受到结构面控制,但是,当边坡高度增加到接近千米级时,边坡岩体内强烈的应力重分布可以对边坡变形破坏机制起到重要影响,使得看似条件良好的边坡开始出现新问题,如岩浆岩边坡的倾倒大变形等。这类新问题的出现,对变形现象内在机制的认识、分析方法的选择和应用提出了前所未有的挑战。Itasca团队承担了世界上为数不多的几个硬岩倾倒边坡调查和分析研究工作,提出一些独到见解。

 

经典应用

三峡库区某场址边坡
  • 该工程位于长江支流“U”形河湾形成的半岛,场平开挖揭露了大量的张开裂缝,一度导致工程停工,并完成加固方案设计
  • 现场调查表明,这些裂缝形成于河谷下切历史时期,目前已不具备导致结构面普遍变形的荷载条件。同时,起潜在滑面作用的平缓岩层面被小断层错开,空间分布不连续,缺乏大范围滑动破坏的边界条件
  • 如左图所示的分析结果证明,边坡最可能的破坏模式为小断层切割形成的大型块体滑动、而非整体滑移。为此,即便场地普遍揭露出张开裂缝,无需进行加固处理,工程采纳后节省了大量投资

硬岩倾倒边坡
  • 总体而言,硬岩倾倒现象相对少见。不过,我国西部大开发揭露的硬岩倾倒现象已经突破了这一认识,揭示了硬岩倾倒在发生条件、控制因素、成因机制、现场表现等若干环节不同于既往认识的特点
  • 硬岩倾倒是控制性结构面和边坡应力场共同作用的结果,具体地,当边坡发育反坡陡倾结构面、且对应的受力条件有利于反坡陡倾结构面切割块体发生转动变形时,即导致倾倒,结构面发育特征仍然是基本条件,但可能不是唯一性的控制条件
  • 归根结底,硬岩倾倒是结构面切割块体转动起到主导性作用的结果,大型硬岩边坡倾倒变形并不一定遵循Goodman的倾倒—滑移机制,也可能不表现出工程地质所描述的“点头哈腰”的现象,转动过程导致的错动、弯折、挤压等都可以出现,具体受到岩体结构的控制
  • 严格意义上讲,硬岩倾倒属于细观岩石力学领域范畴,不仅包括了结构面错动、张开等宏观非连续变形,而且还包含完整块体的破裂等细观现象。迄今为止的研究和应用证明,UDEC-DM是分析硬岩倾倒问题的最佳手段。

 

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡工程

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡因其巨大规模、特殊的地质现象(深部裂缝)、以及在工程施工和运行期监测结果揭示的变形特征引起业界的普遍关注,其典型特征是应力和结构面共同发挥作用,不同背景条件下受力条件的变化,使得边坡表现出不同响应,受力成为高大边坡分析研究不可忽略的因素。概括地:
  • 岸坡深部裂缝是倒转向斜核部硬质岩体蕴藏的高应力在河谷演化过程剧烈变化、导致结构面强烈变形和伴随岩块破裂的结果
  • 施工期变形受到主要结构面临空条件不断变化的控制,属于典型的结构面控制型问题
  • 虽然岩体结构特征对运行期开挖边坡上部区域的倾倒变形起到控制作用,但工程活动对边坡受力条件的扰动是不可忽略的因素,研究表明,即便不考虑岩体结构条件时,坝肩边坡开挖对上部的影响形式仍然为倾倒