Page 17 - 水利学报2021年第52卷第1期

2 坝肩复杂地质工程高陡边坡的稳定处理、长期变形及对拱坝安全性影响

工程枢纽区边坡高陡，基岩裸露，高程 1900 m 以下坡度为 60°～90°，由大理岩和变质砂岩、粉
砂质板岩组成，断层较发育，主要有 f 、f 、f 、f 、f 、 f 、f 及 f 等断层，并发育有煌斑岩脉
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（X）、层间挤压错动带（g）、深部裂缝、卸荷松弛岩体等不良地质条件，尤其是左岸深部卸荷裂缝水
平埋深超过 300 m。左岸拱肩槽边坡开挖高度为 530 m，中上部为砂板岩，倾倒拉裂变形严重，下部
为大理岩，完整性较好；边坡中部存在由断层与软弱破裂面组成的潜在不稳定大块体控制边坡的整
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体稳定；建设期工程边坡的安全稳定问题十分突出 。
2.1 边坡稳定性分析与控制措施 针对复杂的边坡稳定问题，采用非连续介质 DDA 方法和离散元
法、三维极限平衡法、有限差分法、弹簧元法、三维黏弹塑性有限元法和多重网格法等数值分析方
法对工程高边坡地质条件、岩体力学参数、变形破坏机制、边坡稳定性、加固处理措施等进行了大
量的分析研究。最终确定了“深层抗剪洞、中层大吨位长锚索、浅表系统锚固、立体排水、坡面防
渗”的坝肩工程边坡综合加固处理方针，针对不同边坡部位采取针对性与差异化处理措施。施工过程
中，跟踪开展了地质条件研究与预报、实时安全监测预警预报、安全监测反馈分析、爆破振动监测
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与反馈、微震监测与预警等科研工作 ，动态优化设计和施工方案，确保了枢纽区工程边坡的安全稳定。
2.2 左岸坝肩潜在不稳大块体处理 左岸坝肩边坡开挖后，潜在不稳大块体前沿剪出口的阻滑区岩
体被挖除，边坡的稳定性安全系数较开挖前明显降低且小于规范的安全标准。为此，进行了系统加
固处理，重点针对作为块体滑移失稳的底滑面 f 断层，分别在高程 1883、1860 和 1834 m 设置 3 层
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抗剪洞，并在坡面设置深层锚索穿过断层 f ；进行系统的坡面喷锚支护，加强对 f（f ）以外剪出口
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的阻滑区Ⅳ类岩体的保护；在高程 1915 m 坡体设置“Ｕ”型排水洞，设置系统坡面和深部排水。
2.3 左岸边坡长期变形及对拱坝结构安全影响 自开挖完成至初期蓄水，边坡变形存在缓慢增加的
趋势；在蓄水期，左岸边坡开口线附近高程 1990—2015 m 以上出现变形加速的现象，随着蓄水至正
常蓄水位，边坡变形速率逐渐降低；经过多个水库水位蓄、降循环，边坡的变形速率进一步降低（见
图 1）。采用基于岩体流变变形的边坡监测反馈分析方法，揭示了裂隙水压力改变岩体平衡状态是蓄
水后边坡岩体塑性变形的主要驱动力的机理，并预测边坡变形于 2032 年左右基本稳定。以左岸边坡
最终变形值为基础，采用基于变刚度的强度折减法和边界位移法分析左岸边坡长期变形对拱坝安全
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性影响，研究成果表明：左岸边坡长期变形可控，在承受边坡变形时有较高的安全度 。

年份
图 1 左岸边坡开口线以上区域表面垂直临空向变形历时曲线

3 复杂抗力体处理

锦屏一级拱坝左岸抗力体由大理岩及砂岩、粉砂质板岩组成，中上部岩体破碎，岩体内发育 f 、
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f 、f 断层、层间挤压错动带、后期侵入的煌斑岩脉（X）及深卸荷岩体，透水性强，声波、变形模量
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低，左岸坝基上软下硬；右岸坝基上陡下缓，岩性为大理岩，底部为绿片岩，右岸坝基上硬下软。
左岸坝基综合变形模量仅 1.3 ~ 5.4 GPa，而右岸坝基综合变形模量超过 20 GPa，左右岸地质条件不对
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