2024年6月2日发(作者：称访文)
第２２卷增－ＴＩｊ
２００８年１０月
资源环境与工程
Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．２２．Ｓｕｐ
０ｃｔ．．２００８
新疆乌鲁木齐市大西沟水库
ＳＬ１０楔形体稳定性分析
严福章 ，汪海涛
（１．国家电网公司国网北京经济技术研究院，北京１００７６１；２．水利部新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐８３００００）
摘要：拟建的新疆大西沟水库是乌鲁木齐河上游河段的控制性工程，库首左岸的ＳＬ１０楔形体距坝轴线８５
Ｉｌｌ，体积６．６万ｍ ，其稳定性对施工期的施工安全和水库运行期的坝体安全有着重要影响，其治理方案直
接影响着工程造价。本文在研究楔形体岩体结构及质量的基础上，分析了楔形体在不同工况下的稳定性，
提出了工程处理建议。
关键词：岩质边坡；岩体质量；稳定性分析；工程治理
中图分类号：ＴＶ６９７．３；ＴＶ８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—１２１１（２００８）ｓ３—０１７０—０５
０引言
新疆大西沟水库位于乌鲁小齐河上游的后峡下游
１研究区的工程地质条件
１．１地形地貌
河段处，下距乌鲁木齐市６８ ｋｍ。该工程为乌鲁木齐
左坝肩ＳＬ１０楔形体所在的左岸边坡地形陡竣，坡
河上游河段的控制性工程，具有防洪、供水和农业灌溉
等功能。水库库容７ ６００万ｍ ，拟建坝高９２．２ ｍ，正
常蓄水位１ ９６１ ｍ，设计洪水位１ ９８１ ｍ，校核洪水位
角４０。～５０。，局部大于７０。。坡脚高程１ ９２３ ｍ，山顶高
程２ ２５０ ｍ，坡高３００余ｍ。边坡基岩裸露，坡内冲沟
较发育，这些冲沟的形成主要受断层结构面控制，多是
在两组交切结构面的基础上形成的。
１．２地层岩性
１ ９８８ ｍ。工程规模属一等工程，枢纽由拦河大坝、导
流兼放空洞、灌溉洞、溢洪道等组成。
推荐的坝址为下坝址，分布的地层主要为石炭系
下统齐尔古斯套群（Ｃ。ｑｒ）凝灰岩，断裂构造发育、风化
卸荷较强烈、完整性较差。特别是左岸ＮＷ、ＮＥ向断
层相互切割，并与ＮＮＷ顺坡向卸荷裂隙带组合，形成
了多个楔形体或危岩体。其中以由Ｆ９８与Ｆ１９２组合
形成的ＳＬ１０楔形体规模最大。该楔形体分布在坝址
左岸坝轴线上游８５ ｍ处，分布高程１ ９７３～２ ０５０ ｍ，南
研究区分布的地层单一，主要为石炭系下统齐尔
古斯套群（Ｃ ｑｒ）地层，以凝灰岩为主，夹少量凝灰质泥
岩，灰黑色至灰绿色，层理不发育，呈巨厚层状、团块
状。
１．３地质构造
工程区位于天山地槽褶皱系的次级构造单元伊连
哈比尔尕复式背斜内，区内无活动断裂通过。据新疆
防御自然灾害研究所提交的《新疆乌鲁木齐河大西沟
水库枢纽工程工程场地地震安全性评价报告》
（２００５．５），工程场地５０年超越概率１０％的基岩地震
动水平向峰值加速度为０．１６７ ｇ，相应的地震烈度为
７．６。。
北向宽４５～６６ ｍ，东西向长８０～９０ ｍ，体积６万余ｍ ，
其交棱线前缘高程为１ ９７３ ｍ，高于正常蓄水位１２ ｍ，
低于设讣洪水位８ Ｉｌｌ。该楔形体的稳定性对施工期的
施工安伞和水库运行期的坝体安全有着重要影响，其
治理方案直接影响着工程造价。如果全部挖除，不仅
【＿程造价较高，而且会形成新的高陡边坡，并可能会引
起后面山体的进一步卸荷，形成新的不稳定体。因此，
楔形体所在的左岸地层为单斜构造，岩层产状：
３１０。～３１５。ＳＷ／＿３０。～４０。，倾向上游偏坡内，层理不发
育。坝址区断层、节理裂隙发育，断层以ＮＷ、ＮＥ向为
研究其稳定性及治理措施不仅非常必要，而且具有重
要的经济意义。
主，与河流斜交，破碎带宽度０．２～１．０ ｍ，由断层泥及
角砾岩组成，胶结较差。
收稿日期：２００８—０９—２０
作者简介：严福章（１９６３一），男，工学博士，高级工程师。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｆｕｚｈａｎｇ＠ｃｈｉｎａｓｐｅｒｉ．ｓｇｃｃ．ｃｏｒｎ．ｃｎ
增刊 严福章等：新疆乌鲁木齐市大西沟水库ＳＬＩＯ楔形体稳定性分析 １７１
２ ＳＬ１０楔形体岩体结构及质量分析
２．１结构面的分类分级
２．２楔形体岩体结构分类
本工程边坡岩体主要由石炭系下统的凝灰岩组
成，层理等原生结构面不发育，呈巨厚层状、团块状。
其岩体结构主要受构造及卸荷结构面的影响。根据团
根据结构面的分级标准及结构面规模与研究岩体
范围之间的关系，楔形体内的结构面可分为Ｉ—ＩＶ级，
主要结构面的分布见照片１。
图１ 大西沟水库左岸ＳＬＩＯ主要结构面分布图
Ｉ级结构面：为贯通性软弱结构面，构成整个楔形
岩体的力学边界。ＳＬ１０楔形体中的断层Ｆ９８和Ｆ１９２
属于这类结构面。
Ｆ９８：分布于左岸坝线上游８０ ｍ处，产状７６。～８Ｏ。
ＳＥ／３５。一４５。，倾向上游偏左岸，属逆断层。断层带宽
０．５～０．７ ｍ，长度１５０ ｍ左右，断面较平直，带内充填
糜棱岩及断层泥，胶结较好。该断层构成ＳＬＩＯ楔形危
岩体的底滑面。
Ｆ１９２：分布于左岸坝线上游１７０ ｍ处，产状３２５。
ＮＥ／＿４５。～６２。，倾向下游偏河床，断层带宽０．１～
０．７ ｍ，断层出露长度１００余ｍ，断面粗糙不平，内充填
角砾岩。据ＰＤ６—１平洞揭露，断层带内局部有架空
现象。该断层构成ＳＬＩＯ楔形体的南部边界。
Ⅱ级结构面：以贯通性软弱结构面为主，多横穿楔
形体，主要断层有Ｆ１０１、ＦＩＯ１—１、Ｆ１０２、Ｆ３０２、Ｆ１０４、
Ｆ３０８等。这些断层长度多为５０～１００ ｍ，构成楔形体
内的多个横向切割面。
Ⅲ级结构面：楔形体内的一些裂隙性断层（主要
是平洞内发现的断层）和长大裂隙属之，这些断层的
规模多小于５０ ｍ。主要代表有Ｆ３５０、ＬＺ０１、Ｌ０２、ＩＪＤ３
和Ｌ０４等。对局部岩体的稳定性起控制作用。
Ⅳ级结构面：楔形体内的裂隙属之，这些裂隙的长度
小于５ ｍ，一般多在２～３ ｍ左右。裂隙的分布受构造和
岩体卸荷影响明显，不同部位其分布规律也不相同。
块状岩体性状结合边坡工程的特点，在研究厚层（团块
状）岩体性质、结构面性状（包括结构面的规模、张开
度和充填情况）和切割程度的基础上，并综合谷德振教
授和孙广忠教授的分类方案，将ＳＬ１０楔形体的岩体结
构分为碎裂结构、板裂结构和块裂结构三种类型。
碎裂结构：主要位于楔形体前缘及表层的强卸荷
带内，带内岩体裂隙发育，发育方向在３组以上（裂隙
问距小于２０ ｅｍ）；裂隙贯通性好，长度大于１０ ｍ；裂面
大多张开，宽３—１０ ｅｍ，部分大于１０ ｅｍ。
板裂结构（或次块状结构）：主要见于弱卸荷带
内，强卸荷带内也有所见，岩体中裂隙较发育，（裂隙间
距５０～２０ ｅｍ），发育方向２—３组。其中一组顺坡向裂
隙集中发育，往往呈裂隙密集带的形式出现，结构体呈
板状，裂面大多张开。
块裂结构（或称块状结构）：包括块状和次块状结
构，位于坡体内部，岩体中裂隙发育相对较弱（裂隙间
距５０～１００ ｃｍ），裂隙发育方向２—３组。
各类岩体结构的分布见图１。
图１ ＳＬ１０楔形体岩体结构特征及其分布示意图
Ａ区：以碎裂结构和板裂（次块状）结构为主
Ｂ区：以板裂（次块状）结构和块状结构为主
２．３岩体质量评价和分区
楔形体岩体基本质量可划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ｖ四个
级别（见表１），岩体质量主要受岩性（即岩石的坚硬程
度）和岩体结构（即岩体完整程度）控制。楔形体卸荷
带影响范围以外的岩体，岩石新鲜，岩质较坚硬，岩体
以块裂状结构为主，岩体质量以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ
类。弱卸荷带内岩体，裂隙较发育，岩体以板裂结构为
主，部分呈碎裂或次块状，岩体质量属Ⅲ、Ⅳ类；强卸荷
带岩体，裂隙发育，且张开宽度大，岩体以碎裂结构为
主，部分岩体呈板裂状，岩体质量属Ⅳ一Ｖ类。
１７２ 资源环境与工程 ２００８＿ｑ－
表１楔形体岩体基本质量分级表
岩体卸荷
风化状态 岩体完整性 岩体
岩块饱和 岩体
单轴抗压 岩块纵 岩体纵 整性系 质量 基本
岩体完 基本
卸荷 风化 强度Ｒｃ 波波速 波速 数Ｋ
指标 质量
分带 状态 （ＭＰａ） Ｖ ｎｆ Ｖ （Ｖ 级别
（ｋｎｒ／ｓ） （ｋｍ／ｓ）
／Ｖ ）
ＢＱ
强烈御 强风化 １ ２００ Ⅳ一Ｖ
荷带 弱风 ３５ ３ ３９０ ２ ｏｏＯ ０．３５ ２８０ Ⅳ
弱卸 化带 ４５ ４ ３００ ３ ２００ ０．５５ ３６２．５ Ⅲ
盟
微御 微新
５０ ４ ５００ ３ ５００ Ｏ
．
６０ ３７５ Ⅲ
荷带 ６０ ４ ９００ ３ ８００ ０．７５ ４５７．５ Ⅱ
２．４ ＳＬＩＯ楔形体稳定分区
根据ＳＬＩＯ楔形体的岩体结构、风化情况和变形状
况将其分为二个区（见图１）：
Ａ区：位于楔形体前缘地段，带内长大卸荷裂隙和
裂隙密集带发育，岩体卸荷和时效变形严重，以碎裂或
板裂（次块状）结构为主，岩体质量以Ⅳ类为主，并分
布有多个不同规模的危岩体，可见该区自然稳定状况
较差，属稳定性较差区。该区体积约９ ０００余Ｉ１３ 。
Ｂ区：位于楔形体中后部，岩体卸荷和时效变形较
弱，岩体呈块状或块体状，岩体质量以Ⅱ一Ⅲ类为主。
该区岩体总体稳定性较好，属基本稳定区 。
３ ＳＬ１ ０楔形体稳定性分析评价
３．１楔形体极限平衡分析计算原理
３．１．１ 自然条件
楔体是由两条或两条以上的结构面对岩体切割而
形成的，楔形体滑移失稳是岩石边坡常见的破坏形式。
影响楔体稳定性的因素主要有滑体自重、底滑面抗剪
强度、滑面上水压力及外载等。
采用刚体极限平衡法对其进行简化分析。图２为
楔形体自然条件下垂直于交线和沿交线方向剖面的受
力示意图，各种几何关系如图所示，Ｏ／为楔形体交棱线
与水平面的夹角， 为楔形体角平分线与水平面的夹
角， 为楔形体夹角， 为楔形体重力， 、 分别为
楔体所受的滑面支撑力。
图２ 自然条件下楔形体受力分析图
（左图为沿交线剖面，右图为垂直交线剖面）
由图２（左）下滑力Ｐ为
Ｐ＝Ｗｓｉｎａ （１）
分解到基岩上的正压力有两滑动面共同承担（图
２右），将力分别向水平和垂直方向分解有
ＮＡｓｉｎ（／３＋ ２）＝ ｓｉｎ（／３一 ２） （２）
Ｎ８ＣＯＳ（卢＋Ｕ２）一ＮＡＣＯＳ（卢一（／２）＝Ｗｃｏｓｃ￣（３）
由式（２）（３）解得
＋ ＝ （４）
抗滑力Ｒ为
Ｒ＝Ｒ＾＋Ｒ口＝ｃＡＡ＾＋ｃ口ＡＢ＋（ＮＡ＋ⅣＢ）ｔａｎ￣ｂ＝ＣＡＡＡ
” （５）
式中ｃ”ｃ 分别为滑面Ａ、Ｂ的内聚力；咖为内摩
擦系数；Ａ 、Ａ 分别为滑面４、曰的面积。
此时楔形体稳定系数Ｆ为
Ｆ＝旦
Ｐ＝ Ｗｓｉｎｏｚ十 。
ｓｉｎ（ ２）ｔａｎ
（６）
３．１．２暴雨条件
Ｅ Ｈｏｅｋ在《岩石边坡工程》一书中对楔形体在暴雨
下的受力状况和稳定性分析有详细的论述。同时参考陈
祖煜（２００５）在《岩质边坡稳定分析一原理方法程序》一
书中暴雨工况下对水压力分布的假设，考虑水压力。
３．１．３设计洪水位
水库蓄水后，设计洪水位１ ９８１ ＩＴＩ，高于楔形体前
缘出露点８ １３１，水对坡脚有浸泡作用，降低滑面的有效
应力，最终导致安全系数降低，有必要对这一条件下楔
形体的稳定体进行验算。
３．１．４地震工况
考虑地震时应计算惯性力对边坡稳定性的影响，
地震所产生的水平惯性力为Ｑ，作用在滑动体的重心
上，其受力简图如图３所示。
Ｑ＝Ｗｏｔ／ｇ （７）
图３地震工况下楔形体受力分析图
（左图为沿交棱线剖面，右网为垂直交棱线剖面）
式中ａ为地震加速度；ｇ为重量加速度。
此时，下滑力Ｐ为
Ｐ＝Ｗｓｉｎｏｔ＋Ｗａｃｏｓｃｄｇ （８）
抗滑力Ｒ为
增刊 严福章等：新疆乌鲁木齐市大西沟水库ＳＬＩＯ楔形体稳定性分析 １７３
Ｒ＝ｃａＡＡ＂４－ＣＢＡ口＋ Ｗｃｏｓｃ￣——Ｗａｓｉｎａ／ｇ ｓｉｎｆｌｔａｎ￣ｂ（９）
ｓｉｎ（Ｕ２）
３．１．５削坡改造
楔形体前缘地段（Ａ区）岩体破碎，稳定性较差区，
可能在蓄水或暴雨触发下造成局部垮塌，需要对其进
行削坡处理，开挖线如图４所示，验算该工况下楔形体
的稳定性。
此时楔形体稳定系数Ｆ为
旦～ ！ ±！ 一（ｃｏｓｃ￣－ａｓｉｎａ／ｇ）ｓｉｎｆｌｔａｎ６
‘Ｐ Ｗｓｉｎｃ￣＋Ｗａｃｏｓｔ￣／ｇ。ｓｉｎ（ ２）（ｓｉｎａ＋ａｃｏｓｏｖ／ｇ）
Ｈ…
一
—－—－－—・－————・———————————————————－—－——～ 一
（１０）
图４ ＳＬ１０楔形体沿交棱线方面地质纵剖面图
３．２计算模型及计算参数
沿交棱线和垂直交棱线方向的代表性剖面如图４
所示。在综合分析岩石和结构面的室内外试验成果及
的计算参数见表３。对由Ｆ１９２、Ｆ９８和Ｆ１０１组合切割而
岩体质量分类基础上，参考类似工程和专家经验，采用
成的楔形体进行极限平衡分析，以其中Ｆ１９２和ｌａｋ８作
为底滑面，Ｆ１０１作为后缘边界。考虑后缘Ｆ１０１为反倾
边界，较陡，提供的抗滑力有限，将其作为切割边界。
表３楔形体稳定性分析计算参数
３．３计算结果
各工况下计算结果如表４。
表４极限平衡计算结果表
况上限设计安全系数为１．１０。由计算结果可以看出，
天然条件下（持久状况）楔形体的安全系数为１．９３，处
于稳定状态；暴雨条件下（短暂状况）装全系数为
１．６０，满足设计要求；设计洪水位条件下楔形体安全系
数为１．９２，处于稳定状态；地震条件下（偶然状况），按
照５Ｏ年超越概率１０％的基岩地震动水平向峰值加速
度０．１６７ ｇ计算，楔形体安全系数为１．３８ ，满足设计要
求；对楔形体进行削坡处理，安全系数上升为２．０５，说
明削坡对边坡的整体稳定性也有改善作用 Ｊ。
根据《水电水利工程边坡设计规范》（ＤＬ／Ｔ５３５３—
２００６）规定，Ｉ级Ａ类边坡持久状况上限设计安全系数
为１．３０，临时状况上限设计安全系数为１．２０，偶然状
４结论及建议
（１）ＳＬ１０楔形体系由ＮＥ向的断层Ｆ９８和ＮＷ向
ｌ７４ 资源环境与工程 ２００８＿缸
的断层Ｆ１９２切割形成，其后缘受Ｆ１０１等顺坡向断层
切割，形成了独立的楔形体。
（２）楔形体主要由石炭系下统的凝灰岩组成，岩
体中层理等原生结构面不发育，岩体呈巨厚层状、团块
状。在后期受构造、表生（风化卸荷）及时效变形的作
用下，原岩的岩体结构经历了由整体状至块裂化、板裂
化和碎裂化的改造过程。楔形体表层及前缘岩体主要
为板裂状（次块状）和碎裂状结构，岩体质量较差，以
Ⅳ，Ｖ类岩体为主；楔形体中后部的岩体主要为板裂状
（次块状）和块状结构，岩体质量相对较好，以Ⅱ．Ⅲ类
岩体为主 。
（３）地质调查表明：楔形体前缘及表层内分布有
一
系列的拉张裂缝，并形成了数个规模不等的危岩体。
这些拉张裂缝和危岩体的形成，既与河谷的快速下切、
边坡应力的强烈释放造成的表生作用（卸荷作用）有
关，又以自重应力场作用为主的强烈时效变形有关，是
二者复合作用的综合反映。
边坡的时效变形形式主要有倾倒拉裂变形和滑
移一压致拉裂变形二类，前者主要见于前缘表层的陡
坡段，后者主要见于楔形体下游侧的Ｆ９８的分布地段。
（４）根据楔形体不同部位的稳定条件及状况，将
楔形体分为Ａ、Ｂ二个区。Ａ区位于楔形体前缘，岩体
较破碎，稳定性较差，并分布有数个规模不等的危岩
体，属稳定性较差区，体积约９ ０００余１３１’；Ｂ区位于楔
形体中后部，岩体较完整，稳定性较好，属基本稳定
区，体积约５７ ０００余ｍ 。Ａ区岩体未来可能的破坏
形式将主要为崩塌和滑塌两种破坏形式，前者将以单
个块体的倾倒破坏为主，后者以逐级的解体式滑移破
坏为主
（５）分析计算表明，楔形体在水库蓄水后整体是
稳定体的，但其前缘Ａ区的危岩体在施工期间受爆破
影响及暴雨的触发作用，及在水库运行期问受库水位
（设计洪水位）骤降的影响可能会发生失稳，如果不对
这部分岩体进行处理，可能会给施工安全和水库正常
运行带来一定影响。因此对ＳＬ１０楔形体的进行适当
的治理是必要的。
（６）通过对全挖除方案和局部治理两种方案的研
究比较，两种治理方案均是可行的。如果治理楔形体
的开挖料可以作为大坝堆石体用料，可以结合料场开
挖对其进行挖除处理，但考虑到楔形体的整体稳定性
较好，为防止开挖后在后缘形成新的高陡边坡，建议不
必将其全部挖除，可在维持现有边坡稳定的基础上，尽
量保留后缘较完整、稳定性较好的部分岩体，并在开挖
坡面上设置马道。
如果其开挖料不便利用，可采用第二种方案，即重
点清除前缘稳定性较差的强卸荷带和危岩体，总体约
９ ０００ ｍ ，对边坡进行适当削坡和锚固处理。如果采用
这种治理方案，建议对治理后的边坡开展必要的监测
工作，以监测楔形体治理后在各种因素影响下的变形
情况
参考文献：
［１ｊ孙广忠．岩体结构力学［Ｍ】．北京：科学出版社，１９８８．
［２］黄润秋，等．岩质高边坡卸荷带形成及其工程性状研究［Ｊ］．工程
地质学报，２００１，９（３）：２２７～２３２．
［３］黄润秋，等．某岩石高边坡的时效变形分析及其工程地质意义
［Ｊ］．工程地质学报，２０００，８（２）：１４８～１５３．
［４］ 张倬元，黄润秋．坚硬火成岩岩坡岩体结构的表生改造和时效变
形［Ｊ］．地质灾害与环境保护，１９９０，１（１）．
2024年6月2日发(作者：称访文)
第２２卷增－ＴＩｊ
２００８年１０月
资源环境与工程
Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．２２．Ｓｕｐ
０ｃｔ．．２００８
新疆乌鲁木齐市大西沟水库
ＳＬ１０楔形体稳定性分析
严福章 ，汪海涛
（１．国家电网公司国网北京经济技术研究院，北京１００７６１；２．水利部新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐８３００００）
摘要：拟建的新疆大西沟水库是乌鲁木齐河上游河段的控制性工程，库首左岸的ＳＬ１０楔形体距坝轴线８５
Ｉｌｌ，体积６．６万ｍ ，其稳定性对施工期的施工安全和水库运行期的坝体安全有着重要影响，其治理方案直
接影响着工程造价。本文在研究楔形体岩体结构及质量的基础上，分析了楔形体在不同工况下的稳定性，
提出了工程处理建议。
关键词：岩质边坡；岩体质量；稳定性分析；工程治理
中图分类号：ＴＶ６９７．３；ＴＶ８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—１２１１（２００８）ｓ３—０１７０—０５
０引言
新疆大西沟水库位于乌鲁小齐河上游的后峡下游
１研究区的工程地质条件
１．１地形地貌
河段处，下距乌鲁木齐市６８ ｋｍ。该工程为乌鲁木齐
左坝肩ＳＬ１０楔形体所在的左岸边坡地形陡竣，坡
河上游河段的控制性工程，具有防洪、供水和农业灌溉
等功能。水库库容７ ６００万ｍ ，拟建坝高９２．２ ｍ，正
常蓄水位１ ９６１ ｍ，设计洪水位１ ９８１ ｍ，校核洪水位
角４０。～５０。，局部大于７０。。坡脚高程１ ９２３ ｍ，山顶高
程２ ２５０ ｍ，坡高３００余ｍ。边坡基岩裸露，坡内冲沟
较发育，这些冲沟的形成主要受断层结构面控制，多是
在两组交切结构面的基础上形成的。
１．２地层岩性
１ ９８８ ｍ。工程规模属一等工程，枢纽由拦河大坝、导
流兼放空洞、灌溉洞、溢洪道等组成。
推荐的坝址为下坝址，分布的地层主要为石炭系
下统齐尔古斯套群（Ｃ。ｑｒ）凝灰岩，断裂构造发育、风化
卸荷较强烈、完整性较差。特别是左岸ＮＷ、ＮＥ向断
层相互切割，并与ＮＮＷ顺坡向卸荷裂隙带组合，形成
了多个楔形体或危岩体。其中以由Ｆ９８与Ｆ１９２组合
形成的ＳＬ１０楔形体规模最大。该楔形体分布在坝址
左岸坝轴线上游８５ ｍ处，分布高程１ ９７３～２ ０５０ ｍ，南
研究区分布的地层单一，主要为石炭系下统齐尔
古斯套群（Ｃ ｑｒ）地层，以凝灰岩为主，夹少量凝灰质泥
岩，灰黑色至灰绿色，层理不发育，呈巨厚层状、团块
状。
１．３地质构造
工程区位于天山地槽褶皱系的次级构造单元伊连
哈比尔尕复式背斜内，区内无活动断裂通过。据新疆
防御自然灾害研究所提交的《新疆乌鲁木齐河大西沟
水库枢纽工程工程场地地震安全性评价报告》
（２００５．５），工程场地５０年超越概率１０％的基岩地震
动水平向峰值加速度为０．１６７ ｇ，相应的地震烈度为
７．６。。
北向宽４５～６６ ｍ，东西向长８０～９０ ｍ，体积６万余ｍ ，
其交棱线前缘高程为１ ９７３ ｍ，高于正常蓄水位１２ ｍ，
低于设讣洪水位８ Ｉｌｌ。该楔形体的稳定性对施工期的
施工安伞和水库运行期的坝体安全有着重要影响，其
治理方案直接影响着工程造价。如果全部挖除，不仅
【＿程造价较高，而且会形成新的高陡边坡，并可能会引
起后面山体的进一步卸荷，形成新的不稳定体。因此，
楔形体所在的左岸地层为单斜构造，岩层产状：
３１０。～３１５。ＳＷ／＿３０。～４０。，倾向上游偏坡内，层理不发
育。坝址区断层、节理裂隙发育，断层以ＮＷ、ＮＥ向为
研究其稳定性及治理措施不仅非常必要，而且具有重
要的经济意义。
主，与河流斜交，破碎带宽度０．２～１．０ ｍ，由断层泥及
角砾岩组成，胶结较差。
收稿日期：２００８—０９—２０
作者简介：严福章（１９６３一），男，工学博士，高级工程师。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｆｕｚｈａｎｇ＠ｃｈｉｎａｓｐｅｒｉ．ｓｇｃｃ．ｃｏｒｎ．ｃｎ
增刊 严福章等：新疆乌鲁木齐市大西沟水库ＳＬＩＯ楔形体稳定性分析 １７１
２ ＳＬ１０楔形体岩体结构及质量分析
２．１结构面的分类分级
２．２楔形体岩体结构分类
本工程边坡岩体主要由石炭系下统的凝灰岩组
成，层理等原生结构面不发育，呈巨厚层状、团块状。
其岩体结构主要受构造及卸荷结构面的影响。根据团
根据结构面的分级标准及结构面规模与研究岩体
范围之间的关系，楔形体内的结构面可分为Ｉ—ＩＶ级，
主要结构面的分布见照片１。
图１ 大西沟水库左岸ＳＬＩＯ主要结构面分布图
Ｉ级结构面：为贯通性软弱结构面，构成整个楔形
岩体的力学边界。ＳＬ１０楔形体中的断层Ｆ９８和Ｆ１９２
属于这类结构面。
Ｆ９８：分布于左岸坝线上游８０ ｍ处，产状７６。～８Ｏ。
ＳＥ／３５。一４５。，倾向上游偏左岸，属逆断层。断层带宽
０．５～０．７ ｍ，长度１５０ ｍ左右，断面较平直，带内充填
糜棱岩及断层泥，胶结较好。该断层构成ＳＬＩＯ楔形危
岩体的底滑面。
Ｆ１９２：分布于左岸坝线上游１７０ ｍ处，产状３２５。
ＮＥ／＿４５。～６２。，倾向下游偏河床，断层带宽０．１～
０．７ ｍ，断层出露长度１００余ｍ，断面粗糙不平，内充填
角砾岩。据ＰＤ６—１平洞揭露，断层带内局部有架空
现象。该断层构成ＳＬＩＯ楔形体的南部边界。
Ⅱ级结构面：以贯通性软弱结构面为主，多横穿楔
形体，主要断层有Ｆ１０１、ＦＩＯ１—１、Ｆ１０２、Ｆ３０２、Ｆ１０４、
Ｆ３０８等。这些断层长度多为５０～１００ ｍ，构成楔形体
内的多个横向切割面。
Ⅲ级结构面：楔形体内的一些裂隙性断层（主要
是平洞内发现的断层）和长大裂隙属之，这些断层的
规模多小于５０ ｍ。主要代表有Ｆ３５０、ＬＺ０１、Ｌ０２、ＩＪＤ３
和Ｌ０４等。对局部岩体的稳定性起控制作用。
Ⅳ级结构面：楔形体内的裂隙属之，这些裂隙的长度
小于５ ｍ，一般多在２～３ ｍ左右。裂隙的分布受构造和
岩体卸荷影响明显，不同部位其分布规律也不相同。
块状岩体性状结合边坡工程的特点，在研究厚层（团块
状）岩体性质、结构面性状（包括结构面的规模、张开
度和充填情况）和切割程度的基础上，并综合谷德振教
授和孙广忠教授的分类方案，将ＳＬ１０楔形体的岩体结
构分为碎裂结构、板裂结构和块裂结构三种类型。
碎裂结构：主要位于楔形体前缘及表层的强卸荷
带内，带内岩体裂隙发育，发育方向在３组以上（裂隙
问距小于２０ ｅｍ）；裂隙贯通性好，长度大于１０ ｍ；裂面
大多张开，宽３—１０ ｅｍ，部分大于１０ ｅｍ。
板裂结构（或次块状结构）：主要见于弱卸荷带
内，强卸荷带内也有所见，岩体中裂隙较发育，（裂隙间
距５０～２０ ｅｍ），发育方向２—３组。其中一组顺坡向裂
隙集中发育，往往呈裂隙密集带的形式出现，结构体呈
板状，裂面大多张开。
块裂结构（或称块状结构）：包括块状和次块状结
构，位于坡体内部，岩体中裂隙发育相对较弱（裂隙间
距５０～１００ ｃｍ），裂隙发育方向２—３组。
各类岩体结构的分布见图１。
图１ ＳＬ１０楔形体岩体结构特征及其分布示意图
Ａ区：以碎裂结构和板裂（次块状）结构为主
Ｂ区：以板裂（次块状）结构和块状结构为主
２．３岩体质量评价和分区
楔形体岩体基本质量可划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ｖ四个
级别（见表１），岩体质量主要受岩性（即岩石的坚硬程
度）和岩体结构（即岩体完整程度）控制。楔形体卸荷
带影响范围以外的岩体，岩石新鲜，岩质较坚硬，岩体
以块裂状结构为主，岩体质量以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ
类。弱卸荷带内岩体，裂隙较发育，岩体以板裂结构为
主，部分呈碎裂或次块状，岩体质量属Ⅲ、Ⅳ类；强卸荷
带岩体，裂隙发育，且张开宽度大，岩体以碎裂结构为
主，部分岩体呈板裂状，岩体质量属Ⅳ一Ｖ类。
１７２ 资源环境与工程 ２００８＿ｑ－
表１楔形体岩体基本质量分级表
岩体卸荷
风化状态 岩体完整性 岩体
岩块饱和 岩体
单轴抗压 岩块纵 岩体纵 整性系 质量 基本
岩体完 基本
卸荷 风化 强度Ｒｃ 波波速 波速 数Ｋ
指标 质量
分带 状态 （ＭＰａ） Ｖ ｎｆ Ｖ （Ｖ 级别
（ｋｎｒ／ｓ） （ｋｍ／ｓ）
／Ｖ ）
ＢＱ
强烈御 强风化 １ ２００ Ⅳ一Ｖ
荷带 弱风 ３５ ３ ３９０ ２ ｏｏＯ ０．３５ ２８０ Ⅳ
弱卸 化带 ４５ ４ ３００ ３ ２００ ０．５５ ３６２．５ Ⅲ
盟
微御 微新
５０ ４ ５００ ３ ５００ Ｏ
．
６０ ３７５ Ⅲ
荷带 ６０ ４ ９００ ３ ８００ ０．７５ ４５７．５ Ⅱ
２．４ ＳＬＩＯ楔形体稳定分区
根据ＳＬＩＯ楔形体的岩体结构、风化情况和变形状
况将其分为二个区（见图１）：
Ａ区：位于楔形体前缘地段，带内长大卸荷裂隙和
裂隙密集带发育，岩体卸荷和时效变形严重，以碎裂或
板裂（次块状）结构为主，岩体质量以Ⅳ类为主，并分
布有多个不同规模的危岩体，可见该区自然稳定状况
较差，属稳定性较差区。该区体积约９ ０００余Ｉ１３ 。
Ｂ区：位于楔形体中后部，岩体卸荷和时效变形较
弱，岩体呈块状或块体状，岩体质量以Ⅱ一Ⅲ类为主。
该区岩体总体稳定性较好，属基本稳定区 。
３ ＳＬ１ ０楔形体稳定性分析评价
３．１楔形体极限平衡分析计算原理
３．１．１ 自然条件
楔体是由两条或两条以上的结构面对岩体切割而
形成的，楔形体滑移失稳是岩石边坡常见的破坏形式。
影响楔体稳定性的因素主要有滑体自重、底滑面抗剪
强度、滑面上水压力及外载等。
采用刚体极限平衡法对其进行简化分析。图２为
楔形体自然条件下垂直于交线和沿交线方向剖面的受
力示意图，各种几何关系如图所示，Ｏ／为楔形体交棱线
与水平面的夹角， 为楔形体角平分线与水平面的夹
角， 为楔形体夹角， 为楔形体重力， 、 分别为
楔体所受的滑面支撑力。
图２ 自然条件下楔形体受力分析图
（左图为沿交线剖面，右图为垂直交线剖面）
由图２（左）下滑力Ｐ为
Ｐ＝Ｗｓｉｎａ （１）
分解到基岩上的正压力有两滑动面共同承担（图
２右），将力分别向水平和垂直方向分解有
ＮＡｓｉｎ（／３＋ ２）＝ ｓｉｎ（／３一 ２） （２）
Ｎ８ＣＯＳ（卢＋Ｕ２）一ＮＡＣＯＳ（卢一（／２）＝Ｗｃｏｓｃ￣（３）
由式（２）（３）解得
＋ ＝ （４）
抗滑力Ｒ为
Ｒ＝Ｒ＾＋Ｒ口＝ｃＡＡ＾＋ｃ口ＡＢ＋（ＮＡ＋ⅣＢ）ｔａｎ￣ｂ＝ＣＡＡＡ
” （５）
式中ｃ”ｃ 分别为滑面Ａ、Ｂ的内聚力；咖为内摩
擦系数；Ａ 、Ａ 分别为滑面４、曰的面积。
此时楔形体稳定系数Ｆ为
Ｆ＝旦
Ｐ＝ Ｗｓｉｎｏｚ十 。
ｓｉｎ（ ２）ｔａｎ
（６）
３．１．２暴雨条件
Ｅ Ｈｏｅｋ在《岩石边坡工程》一书中对楔形体在暴雨
下的受力状况和稳定性分析有详细的论述。同时参考陈
祖煜（２００５）在《岩质边坡稳定分析一原理方法程序》一
书中暴雨工况下对水压力分布的假设，考虑水压力。
３．１．３设计洪水位
水库蓄水后，设计洪水位１ ９８１ ＩＴＩ，高于楔形体前
缘出露点８ １３１，水对坡脚有浸泡作用，降低滑面的有效
应力，最终导致安全系数降低，有必要对这一条件下楔
形体的稳定体进行验算。
３．１．４地震工况
考虑地震时应计算惯性力对边坡稳定性的影响，
地震所产生的水平惯性力为Ｑ，作用在滑动体的重心
上，其受力简图如图３所示。
Ｑ＝Ｗｏｔ／ｇ （７）
图３地震工况下楔形体受力分析图
（左图为沿交棱线剖面，右网为垂直交棱线剖面）
式中ａ为地震加速度；ｇ为重量加速度。
此时，下滑力Ｐ为
Ｐ＝Ｗｓｉｎｏｔ＋Ｗａｃｏｓｃｄｇ （８）
抗滑力Ｒ为
增刊 严福章等：新疆乌鲁木齐市大西沟水库ＳＬＩＯ楔形体稳定性分析 １７３
Ｒ＝ｃａＡＡ＂４－ＣＢＡ口＋ Ｗｃｏｓｃ￣——Ｗａｓｉｎａ／ｇ ｓｉｎｆｌｔａｎ￣ｂ（９）
ｓｉｎ（Ｕ２）
３．１．５削坡改造
楔形体前缘地段（Ａ区）岩体破碎，稳定性较差区，
可能在蓄水或暴雨触发下造成局部垮塌，需要对其进
行削坡处理，开挖线如图４所示，验算该工况下楔形体
的稳定性。
此时楔形体稳定系数Ｆ为
旦～ ！ ±！ 一（ｃｏｓｃ￣－ａｓｉｎａ／ｇ）ｓｉｎｆｌｔａｎ６
‘Ｐ Ｗｓｉｎｃ￣＋Ｗａｃｏｓｔ￣／ｇ。ｓｉｎ（ ２）（ｓｉｎａ＋ａｃｏｓｏｖ／ｇ）
Ｈ…
一
—－—－－—・－————・———————————————————－—－——～ 一
（１０）
图４ ＳＬ１０楔形体沿交棱线方面地质纵剖面图
３．２计算模型及计算参数
沿交棱线和垂直交棱线方向的代表性剖面如图４
所示。在综合分析岩石和结构面的室内外试验成果及
的计算参数见表３。对由Ｆ１９２、Ｆ９８和Ｆ１０１组合切割而
岩体质量分类基础上，参考类似工程和专家经验，采用
成的楔形体进行极限平衡分析，以其中Ｆ１９２和ｌａｋ８作
为底滑面，Ｆ１０１作为后缘边界。考虑后缘Ｆ１０１为反倾
边界，较陡，提供的抗滑力有限，将其作为切割边界。
表３楔形体稳定性分析计算参数
３．３计算结果
各工况下计算结果如表４。
表４极限平衡计算结果表
况上限设计安全系数为１．１０。由计算结果可以看出，
天然条件下（持久状况）楔形体的安全系数为１．９３，处
于稳定状态；暴雨条件下（短暂状况）装全系数为
１．６０，满足设计要求；设计洪水位条件下楔形体安全系
数为１．９２，处于稳定状态；地震条件下（偶然状况），按
照５Ｏ年超越概率１０％的基岩地震动水平向峰值加速
度０．１６７ ｇ计算，楔形体安全系数为１．３８ ，满足设计要
求；对楔形体进行削坡处理，安全系数上升为２．０５，说
明削坡对边坡的整体稳定性也有改善作用 Ｊ。
根据《水电水利工程边坡设计规范》（ＤＬ／Ｔ５３５３—
２００６）规定，Ｉ级Ａ类边坡持久状况上限设计安全系数
为１．３０，临时状况上限设计安全系数为１．２０，偶然状
４结论及建议
（１）ＳＬ１０楔形体系由ＮＥ向的断层Ｆ９８和ＮＷ向
ｌ７４ 资源环境与工程 ２００８＿缸
的断层Ｆ１９２切割形成，其后缘受Ｆ１０１等顺坡向断层
切割，形成了独立的楔形体。
（２）楔形体主要由石炭系下统的凝灰岩组成，岩
体中层理等原生结构面不发育，岩体呈巨厚层状、团块
状。在后期受构造、表生（风化卸荷）及时效变形的作
用下，原岩的岩体结构经历了由整体状至块裂化、板裂
化和碎裂化的改造过程。楔形体表层及前缘岩体主要
为板裂状（次块状）和碎裂状结构，岩体质量较差，以
Ⅳ，Ｖ类岩体为主；楔形体中后部的岩体主要为板裂状
（次块状）和块状结构，岩体质量相对较好，以Ⅱ．Ⅲ类
岩体为主 。
（３）地质调查表明：楔形体前缘及表层内分布有
一
系列的拉张裂缝，并形成了数个规模不等的危岩体。
这些拉张裂缝和危岩体的形成，既与河谷的快速下切、
边坡应力的强烈释放造成的表生作用（卸荷作用）有
关，又以自重应力场作用为主的强烈时效变形有关，是
二者复合作用的综合反映。
边坡的时效变形形式主要有倾倒拉裂变形和滑
移一压致拉裂变形二类，前者主要见于前缘表层的陡
坡段，后者主要见于楔形体下游侧的Ｆ９８的分布地段。
（４）根据楔形体不同部位的稳定条件及状况，将
楔形体分为Ａ、Ｂ二个区。Ａ区位于楔形体前缘，岩体
较破碎，稳定性较差，并分布有数个规模不等的危岩
体，属稳定性较差区，体积约９ ０００余１３１’；Ｂ区位于楔
形体中后部，岩体较完整，稳定性较好，属基本稳定
区，体积约５７ ０００余ｍ 。Ａ区岩体未来可能的破坏
形式将主要为崩塌和滑塌两种破坏形式，前者将以单
个块体的倾倒破坏为主，后者以逐级的解体式滑移破
坏为主
（５）分析计算表明，楔形体在水库蓄水后整体是
稳定体的，但其前缘Ａ区的危岩体在施工期间受爆破
影响及暴雨的触发作用，及在水库运行期问受库水位
（设计洪水位）骤降的影响可能会发生失稳，如果不对
这部分岩体进行处理，可能会给施工安全和水库正常
运行带来一定影响。因此对ＳＬ１０楔形体的进行适当
的治理是必要的。
（６）通过对全挖除方案和局部治理两种方案的研
究比较，两种治理方案均是可行的。如果治理楔形体
的开挖料可以作为大坝堆石体用料，可以结合料场开
挖对其进行挖除处理，但考虑到楔形体的整体稳定性
较好，为防止开挖后在后缘形成新的高陡边坡，建议不
必将其全部挖除，可在维持现有边坡稳定的基础上，尽
量保留后缘较完整、稳定性较好的部分岩体，并在开挖
坡面上设置马道。
如果其开挖料不便利用，可采用第二种方案，即重
点清除前缘稳定性较差的强卸荷带和危岩体，总体约
９ ０００ ｍ ，对边坡进行适当削坡和锚固处理。如果采用
这种治理方案，建议对治理后的边坡开展必要的监测
工作，以监测楔形体治理后在各种因素影响下的变形
情况
参考文献：
［１ｊ孙广忠．岩体结构力学［Ｍ】．北京：科学出版社，１９８８．
［２］黄润秋，等．岩质高边坡卸荷带形成及其工程性状研究［Ｊ］．工程
地质学报，２００１，９（３）：２２７～２３２．
［３］黄润秋，等．某岩石高边坡的时效变形分析及其工程地质意义
［Ｊ］．工程地质学报，２０００，８（２）：１４８～１５３．
［４］ 张倬元，黄润秋．坚硬火成岩岩坡岩体结构的表生改造和时效变
形［Ｊ］．地质灾害与环境保护，１９９０，１（１）．