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《新疆农业大学》 2013年
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动水条件下破损岩体边坡变形破坏机理与应用研究

买合木提·巴拉提  
【摘要】:我国是世界上滑坡灾害较为严重的国家之一,滑坡稳定性问题一直是世界水利工程中的一个重要问题,在辽宁省阜新市海州露天矿抽水蓄能水电站规划建设实施过程中,滑坡成了该工程建设必须面临的重大工程地质问题之一。水在滑坡稳定性问题中是最难确定和定量研究的因素,所以水成为了滑坡发生发展中最活跃和最普遍的因素。 辽宁省阜新市海州露天矿抽水蓄能水电站拟建水库蓄水后,引起滑坡出现较大变形的主要原因是因为水库水位的频繁涨落,水库水位的变动会引起水库周边地下水位的涨落,水位涨落将很大程度上改变环境渗流场。库岸边坡失稳破坏或造成滑坡,将直接威胁到拟建海州抽水蓄能水电站的安全,影响水电站的正常运行并造成严重的经济损失和社会影响。 因此,必须对海州露天矿拟建水库库区边坡体在现状条件、不同蓄水位及库水位涨落情况下的库岸边坡稳定性进行深入分析研究,这对保证阜新海州露天矿的抽水蓄能水电站的平稳运行起着重要的作用。根据国内外文献资料,对岩土边坡稳定性计算和分析文献的基础上,以主要研究海州露天矿的地质环境条件、针对进一步研究海州矿E20边坡形成的地质环境条件及二塘沟水库左坝头岩石块体地质环境条件、变形破坏特征和滑坡稳定性影响因素的基础上,建立了边坡稳定性分析的本构流-固耦合模型,采用摩尔库伦屈服准则,运用FLAC3D岩土工程软件作为计算分析工具。主要结论如下: 1)研究了辽宁省阜新市海州露天矿的水文地质、工程地质等环境条件、具体调查了辽宁省阜新市海州露天矿的半个世纪开采历史,初步分析海州矿在建设过程中,历年发生过地质灾害情况,具体统计计算分析各种对边坡稳定性影响因素,提出了水是构成对海州露天矿边坡稳定性影响的关键因素。对滑坡的稳定性和变形破坏影响因素的进一步研究,在此基础上,以具体的E20边坡为研究对象,分析研究E20边坡地质环境条件,采用工程类比,并和其他工程地质力学,分析研究结果表明:边坡以滑动破坏形式为主,局部由多组结构面结合形成的栔形不稳定块体崩塌现象很少出现。 2)阐述了破损岩体的渗流场与应力场流-固耦合理论,并在此基础上推导了渗流场与应力场的耦合微分方程及Biot三维固结微分方程,充分考虑双场耦合作用,推导出以位移增量和孔隙水压力增量为方程域变量的饱和-非饱和岩土体耦合固结控制方程。 3)通过对拟建水库库岸E20边坡破损岩体不同水位工况下滑坡流-固耦合数值模拟分析,数值计算结果表明:E20边坡在自然状态下安全系数为Fs=1.58,处于稳定状态,但是库水位上升到160m时,安全系数为Fs=0.7,安全系数明显降低,边坡岩土内塑性区分布范围较大,并且塑性区已贯通,因此,库水位上升到160m时E20边坡发生整体性滑坡的可能性大。抽水蓄能水电站抽水时库水位从110m降落到70m,E20边坡的安全系数为0.91,处于不稳定状态。塑性区分布范围较小,塑性区已贯通,很可能发生局部滑坡。不同工况的数值计算结果表明:抽水蓄能水电站拟建水库库水位的涨落对于海州E20边坡稳定性影响较大。 4)为了提高模拟计算精度,本文采用强度折减有限元法和极限平衡法在E20边坡体上研究稳定性计算分析,计算分析结果表明:对应工况条件下数值模拟计算结果与极限平衡法(GEO-SLOPE)计算得到结果相近,强度折减有限元法(数值模拟)计算结果显示出的最危险滑动面位置与极限平衡法计算分析结果相似,坡体内地下水和库水的相互补给后的模拟计算孔隙水压力等值线分布云图与极限平衡计算出来的结果很相似。这表明采用强度折减有限元法对海州露天矿抽水蓄能水电站水库E20边坡进行流-固数值模拟分析比较适合,因此,可采取正确的参数并进行实际工程设计。 5)海州露天矿拟建抽水蓄能水电站水库运行时,水库蓄水时水位达到160m的情况和水电站抽水时库水位从110m降落到70m的两种工况下进行加固处理前后的数值计算结果对比分析,结果表明:库水位的变化对E20边坡稳定性影响很大。但是E20边坡锚固处理后边坡的安全系数明显增大。因此,对E20边坡进行锚固处理是很有效的加固措施。 6)二塘沟水库左坝头岩石块体稳定性数值模拟分析结果表明:自然状态下左坝头岩石块体处于临界稳定状态,但是暴雨工况下安全系数小于1,处于不稳定状态。该岩石块体进行削坡改造减重后模拟计算结果表明,二塘沟水库左坝肩边坡的安全系数明显增大。
【学位授予单位】:新疆农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TV221.2

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【参考文献】
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