反坡向开挖卸荷裂隙处理技巧

本工程的泄洪洞、排沙洞、引水发电洞等建筑物进口，均布置在狭长范围内。进口边坡长280m，最高坡高达110m。设计开挖边坡1∶0.2（78.7°）。在高差15～20m 处设马道。

在进水塔基础，高程171m以上边坡岩层，自下而上为岩组，岩层倾向坡内，倾角8°～12°，为逆向坡。岩层内发育有四组裂隙，其中走向NE15°的裂隙，延展性好，与边坡走向（NW350°）交角较小，其他3组裂隙走向均与边坡走向有较大的交角。

图2-7　较软岩边坡开挖后拉应力分布示意图

变形模量E=1100MPa；Hoek-Brown摩擦参数m=2.2596；Hoek-Brown固有强度参数s=0.00277；单轴抗压强度σc=50MPa；岩体密度γ=2.6t/m3；171—台阶高程；a—拉张力区；b—边坡安全系数小于1的区；c—边坡安全系数大于1 的区；—岩组代号

为了解边坡的稳定性，加拿大岩石力学专家Salymar先生向我们提供了评价边坡稳定的计算机程序［7］，它把硬软岩互层地层假定为较软岩层，采用如图2-7所示的参数进行了模拟。模拟结果表明，在较宽平台的表部，出现大面积的张力区，张应力方向为逆重力方向；在3m宽的马道表层出现张力区，张应力方向朝向坡外；在张应力区以里，为边坡安全系数小于1的区域。总之，由于边坡开挖卸荷，使岩体内部自重应力重新调整，在大部分的开挖表层产生拉张区，使拉张区后面的一部分区域也产生了明显的松弛。(www.xing528.com)

根据引水建筑物进口的地质条件、建筑物布置及坡高情况，我们与潘别桐教授合作，对该区地层岩性、裂隙发育特征进行了大量统计分析，同时考虑了地下水、岩体的物理力学指标，引用霍克-布朗（Hoek-Brown，1974）及毕尼阿斯基岩体分类法，得出了不同岩性的物理力学指标，用NCAP—1程序完成了整体计算工作。该程序考虑了岩体的弹-塑性、不抗拉、节理的非线性（同时也可作线性及非线性解）。

（1）加、卸荷方式。边坡未开挖前处于初始应力状态，并假定初始应力仅由自重力产生，随着进口边坡和隧洞开挖，进口边坡及其坡面上、隧洞周边初始应力解除，破坏了初始自重应力状态，边坡岩体中应力发生重新分布。因此，总的应力状态为初始自重应力状态叠加上开挖卸荷应力状态。边坡各点在自重应力作用下已处于平衡状态，因而，各点的应力应变等力学性质变化都是由于卸荷所引起的。

（2）位移。当岩体边坡水平开挖至175m 左右，垂直开挖110m左右的过程中及其以后的一定时间内，由于卸荷而使开挖后的边坡发生了位移。

我们可以清楚地看出，在距开挖坡脚以里约200m的地方有一个变形零值线：以里为向里压缩位移区，在作图范围内，压缩变形为1mm；以外为松弛位移区。从零值线到开挖台阶线范围内，由里向外松弛变形梯度逐渐增加，到开挖边脚处，松弛拉张位移竟达24mm；从零值线到开挖平台，由下而上松弛梯度也具逐渐增加的性质，回弹位移达到了18mm。从变形等值线的总体趋势上看，无论开挖边坡还是开挖平台，卸荷位移都是围绕着临空面发生的。

（3）应力。通常，在平行纸面的竖向上为σ1，在垂直纸面的水平方向上为σ2，在平行纸面的水平方向上为σ3。对于开挖边坡内部岩体来说，σ1、σ2 保持不变，卸去了σ3，因而使σ1 在坡内重新分布。对于开挖平台内部岩体来说，σ2、σ3 保持不变，卸去了σ1，因而σ1 在平台下重新分布。