一、 绪言

赤平极射投影法（简称赤平投影）是一种分析岩体边坡稳定性的图解方法，其通过确定优势结构面（岩层产状、坡向）或某些重要结构面（软弱夹层、断层破碎带等）之间空间组合关系，从而对边坡稳定性进行初步评价。本文通过对拟建东川市水井山水库枢纽区两岸自然边坡及趾板开挖后形成的高边坡为例，介绍赤平投影法在工程地质分析中的应用。

二、基本地质条件

1 、地形地貌

水井山水库枢纽区坝址所坐落的沟谷较平直，山体厚实，相对高差大于200m。沟谷狭窄，横断面呈基本对称之“V”型谷。沟床纵坡降约4～5%，宽约8～28m。两岸坡陡峻，左岸坡上缓下陡，坡度约30～50°，右岸坡自然坡度约45～60°，为峻坡地形，局部为陡崖。属高中山—中山地形、构造侵蚀地貌。

2、 地层岩性

枢纽区分布的地层较为简单，主要为昆阳群美党组（Ptm）和第四系全新统残坡积与冲洪积层，其岩性特征如下：

（1）昆阳群美党组（Ptm）：整个枢纽区均为其分布。岩性主要为灰、深灰、杂色泥质板岩、砂质板岩、炭质板岩，局部夹石英砂岩、砂岩。

（2）第四系全新统残坡积层（Qhedl）：不连续分布于两坝肩及其上、下游岸坡表层。岩性为褐灰、灰黄色粉质粘土、含角砾粉质粘土、粉质土砾、碎石土。

（3）第四系全新统冲洪积层（Qhapl）：沿拟建大坝所坐落的河床分布。岩性为灰黑、灰褐、褐黄色砂砾石夹漂石，成分主要为板岩、砂岩，结构松散。

3 、地质构造及地震烈度

枢纽区发育F4断层，总体呈北东向展布，其南西段与坝轴线延长段相交，北东端被F3断裂所截，属昆阳群美党组岩层内的层间断层，断层面较陡，总体倾向南东（上游），倾角为75～80°，断层破碎带宽度为2～4m。沿断层带挤压强烈，岩体破碎。断层影响带内岩层裂隙、牵引现象发育，多见小型拖曳褶曲分布，属压扭性断层。

根据1/4000000《中国地震动参数区划图》(GB18306—2015)，地震动峰值加速度为0.3g，地震动反应谱特征周期为0.45s，对应地震基本烈度为Ⅷ度，区域构造稳定性较差。

三、边坡工程

1）坝址左岸边坡稳定分析

①左岸现状边坡稳定

据工程地质测绘，左岸坡面倾向32°，地形下陡上缓，下部坡度45～63°，平均55°。出露昆阳群美党组强风化薄—中厚层状泥质板岩、砂质板岩，岩层总体产状：170∠63°，发育四组节理、裂隙及断层，其结构面特征分别为：J1产状为265°∠43°，闭合状，可见延展长度小于1m，裂面平直光滑；J2产状为68°∠63°，微张，可见延展长度小于1m，裂面起伏粗糙；J3产状为3°∠18°，闭合状，可见延展长度小于1m，裂面平直光滑；F4产状为170°∠80°，宽度为2～4m，岩屑及粘性土充填，属压扭性断层。据钻孔勘察，左岸强风化带下限深度11.7～14.0m，结合钻孔压注水试验，埋深10.0～11.7m岩层透水率最大达91Lu，埋深15～20m岩层透水率41～76 Lu，反映强卸荷带垂直深度10.0～11.7m。

参照《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）附录B，采用下半球极射赤平投影法对结构面进行初步分析，结果见插图。

根据坝址左岸结构面赤平投影图，可以得出：①岩层产状倾向坡内，为逆向坡；②坡面外无平行或近平行于坡面的缓倾结构面，J1与F4、岩层产状，J2与F4、岩层产状交点投于坡面以外，为稳定区，产生滑动的可能性较小；③而J3与F4、岩层产状交点投于坡面以内，虽为滑动区，因其靠近大圆，据圆心较远，产生滑动的可能性较小； ④J1、J2、J3交点投于坡面以内，为滑动区，且J1与J2两结构面交线易组成不利楔状体。综上所述，坝址区左岸自然边坡其边坡主要变形破坏方式以受结构面J1、J2及岩层产状切割形成的楔体倾倒式破坏，边坡稳定性较差。

②趾板开挖边坡稳定

依据混凝土面板堆石坝左岸趾板边坡开挖设计，边坡开挖坡比1∶0.5。靠近坝肩段趾板边坡开挖最大高度达17.7m，该部位坡面倾向103°，坡度63.4°。与结构面组合形式采用下半球极射赤平投影法对结构面进行初步分析，结果见插图。

根据左岸设计开挖边坡结构面赤平投影图，可以得出：①岩层产状倾向开挖边坡坡向外侧，为顺层坡；②J1、J2、J3和J1与F4、岩层产状交点投于坡面以外，为稳定区，产生滑动的可能性较小；③J2与F4、岩层产状和J3与F4、岩层产状交点投于坡面以内，为滑动区，构成不利结构面组合，特别是J2与F4、岩层产状交点靠近圆心，极易产生滑动。综上所述，趾板边坡开挖后易发生由J2、F4及岩层产状组成的不利结构面组合楔体向边坡临空面滑动的破坏，边坡稳定性差，作为永久边坡，应采取工程措施处理，建议采取喷锚加固处理，锚固深度应进入弱风化岩层。

2）坝址右岸边坡稳定分析

①右岸现状边坡稳定

据工程地质测绘，右岸坡面倾向231°，地形坡度45～50°，平均46°。出露昆阳群美党组强风化薄—中厚层状泥质板岩、砂质板岩，岩层总体产状：326∠57°，发育三组节理、裂隙，其结构面特征分别为：J4产状为190°∠71°，宽度5～10mm，由地表向深部逐渐变窄，少量岩屑及粘性土充填，可见延展长度1～3m，裂面起伏粗糙；J5产状为245°∠75°，呈闭合或微张，可见延展长度1～3m，发育，裂面平直光滑；J6产状为156°∠74°，呈闭合或微张，可见延展长度1～3m，较发育，裂面平直光滑。据钻孔勘察，右岸强风化带下限深度15～20m，结合钻孔压注水试验，埋深5～8m岩层透水率最大达173Lu，埋深15～18m岩层透水率46～96 Lu，反映强卸荷带垂直深度5～8m，弱卸荷带垂直深度15～18m。

参照《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）附录B，采用下半球极射赤平投影法对结构面进行初步分析，结果见插图。

根据右岸结构面赤平投影图，可以得出：①岩层产状倾向坡内，为逆向坡；②坡面外无平行或近平行于坡面的缓倾结构面； ③J6与岩层产状交点投于坡面以外，因其靠近大圆，据圆心较远，产生滑动的可能性较小，其余节理间及节理与岩层间交点均位于坡面以内，也无明显两结构面交线组成不利楔状体，未见不利结构面组合，反映右岸现状是基本稳定的。

②趾板开挖边坡稳定

依据推荐方案混凝土面板堆石坝右岸趾板边坡开挖设计，边坡开挖坡比1∶0.5。靠近坝肩段趾板边坡开挖最大高度达21m，该部位坡面倾向262°，坡度63.4°。与结构面组合形式采用下半球极射赤平投影法对结构面进行初步分析，结果见插图。

根据右岸设计开挖边坡结构面赤平投影图， 可以得处：①岩层产状倾向开挖边坡坡向外侧，为顺层坡；②J5与岩层产状、J4、J6的交点及J4与J6的交点投于坡面以外，为稳定区；③J4与岩层产状、J6与岩层产状交点投于坡面以外，其中J6与岩层产状交点靠近大圆，据圆心较远，产生滑动的可能性较小； J4与岩层产状交点位于大圆至圆心中部，推测其为滑动区，构成不利结构面组合。综上所述，趾板边坡开挖后易发生由J4与岩层产状组成的不利结构面组合楔体向边坡临空面滑动的破坏，边坡稳定性较差，作为永久边坡，应采取工程措施处理，建议采取喷锚加固处理，锚固深度应进入弱风化岩层。

四、结束语

（1）赤平极射投影法是一种重要的分析岩体边坡稳定性的图解方法，其通过确定优势结构面（岩层产状、坡向）或某些重要结构面（软弱夹层、断层破碎带等）之间空间组合关系，从而对边坡稳定性进行初步评价。

（2）通过赤平投影法对水井山水库枢纽区两岸自然边坡与趾板开挖后形成的高边坡稳定性进行的初步评价，得出左、右岸趾板清基开挖边坡后会出现不利稳定的结构面组合，边坡稳定性差，作为永久边坡，应采取工程措施处理，建议采取喷锚加固处理，锚固深度应进入弱风化岩层。

五、参考文献

[1] 构造地质学. 北京：地质出版社,2003.

[2] 工程地质手册. 北京：中国建筑工业出版社,2007.

[3]《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）.北京：中国水利水电出版社.