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中国岩石高边坡工程及其研究 1 概述 岩石高边坡稳定性问题是我国20世纪70年代以后出现的最具特色的工程地质问题之一。这一问题的出现并呈现为强烈的中国特色，完全是由我国独特的地形地质条件和作为一个发展中国家所面临的大规模工程建设所决定的。尤其是20世纪80年代以来，我国经济的高速增长，极大地刺激了资源﹑能源的开发，交通体系的完善和城镇的都市化进程，大型工程活动数量之多、规模之大、速度之快、波及面之广，举世瞩目；毫无疑问，随之在不同领域也带来了众多的高边坡工程问题（表1）。以西南地区为例，地处青藏高原的东侧，受青藏高原近百万年来持续隆升的影响，在青藏高原与云贵高原和四川盆地之间形成了总体呈南北走向的巨大的大陆地形坡降带，构成我国大陆地形从西向东急剧骤降的特点；在此过程中，发育于青藏高原的长江（金沙江）及其主要支流（雅聋江、大渡河、岷江）以及雅鲁藏布江、澜沧江、怒江、大渡河等深切成谷，从而在这个巨大的大陆地形坡降带上形成高山峡谷的地貌特征，不仅蕴藏了丰富的水能资源，同时，也构成高陡边坡的基本地貌景观。而这个地区修建或拟建的巨型﹑大型水利水电工程，边坡高度小则百余米，大则达300～1000米, 加之现代构造活动强烈,自然动力地质作用发育, 因此,岩石高边坡通常处于复杂的地质环境并具有复杂的地质结构，构成我国大型水电工程建设中的一个关键工程技术难题无疑, 对工程修建的可行性决策起到重要的控制作用, 并在很大程度上影响着工程建设的投资及运营效益。因此，20世纪80年代以来,人们清醒的认识到必须加强复杂岩体中高陡边坡稳定性的理论研究，必须加强重大工程边坡稳定性的应用研究。可以说，这一问题的复杂程度和其所具有的挑战性在全世界范围内也是少见的。 在大规模工程建设中，岩石高边坡，一方面作为工程建（构）筑物的基本环境，工程建设会在很大程度上打破原有自然边坡的平衡状态，使边坡偏离甚至远离平衡状态，控制与管理不当会带来边坡变形与失稳，形成边坡地质灾害；另一方面，它又构成工程设施的承载体，工程的荷载效应可能会影响和改变它的承载条件和承载环境，从而反过来影响岩石边坡的稳定性。因此，岩石高边坡的稳定问题不仅涉及到工程本身的安全，同时也涉及到整体环境的安全；岩石高边坡的失稳破坏不仅会直接摧毁工程建设本身，而且也会通过环境灾难对工程和人居环境带来间接的影响和灾害。因此，对岩石高边坡稳定性的研究一直是我国20世纪工程地质学领域的热点和难点科学与工程技术问题。 表1 不同部门岩石工程高边坡类型及特点 建议高边坡定义 一般高边坡 高度范围 边坡及边坡工程特点 水电系统 100m 人工：100-700m 自然：100-1000m 边坡高度大，地质结构及环境条件复杂，工程对边坡质量要求高，常需要保证永久稳定。 矿山系统 100m 100-500m 边坡高度大，地质结构较复杂,工程对边坡质量有一定要求, 但通常考虑极限设计. 铁道系统 50 人工：50-150m 自然：100-300m 边坡高度一般较大，地质结构及环境条件复杂，对边坡质量要求高，但通常要求线路快速通过。 公路系统 30m 人工：30-80m 自然：30-150m 边坡高度一般较小,地质结构及环境条件相对简单,对边坡质量要求较高。 城建系统 15m 人工：15-50m 自然：15-100 边坡高度小,地质结构及环境条件相对简单,对边坡质量要求高。 2 认识与回顾 20世纪，我国岩石高边坡理论与实践主要是伴随60-70年代以来西南地区水电开发、铁路建设和金川、抚顺等大型露天矿山开采的需求而发展起来的。其中尤以水电开发所遇到的高边坡问题最为突出、最为典型，对这一时期我国岩石高边坡理论和实践发展的推动作用也最大。表2列出了20世纪我国大型水电工程勘测设计与施工中所遇到的典型高边坡实例。表3 则简单回顾总结了20世纪60年代以来我国岩石高边坡工程理论与实践发展的总体历程。 表2 中国水电站建设高边坡 工程名称 边坡位置 坡高(米) 岩 性 存在的主问题 龙羊峡 泄水消能区 200 变质砂岩及花岗岩 贯穿拉裂缝和缓倾角裂隙、虎丘山稳定、虎山坡雾化等 天生桥二级 厂房后高边坡 180-300 砂页岩夹泥岩 层状和裂隙岩体高边坡 天生桥一级 溢洪道 120 灰岩 顺向、逆向构造坡 向家坝 左岸马步坎 600 砂、、、、 180 微风化流纹岩 滑面加固后继续下挖 大柳树 左、、、、,右岸坝肩厂房及泄水建筑 220 片岩、变质岩混合 层间挤压断层、NE的裂隙发育 小浪底 引水系统进出口 120 砂岩泥岩互层 岩体软弱、断裂发育 三峡 左岸船闸 170 闪云斜长花岗岩 边坡高陡，断层和节理裂隙发育 小湾 左、右岸 7