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大渡河大岗山水电站左岸坝肩岩体渗透结构模型分析

李明波  
【摘要】:大岗山水电站是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一,枢纽区河谷峡窄,谷坡陡峻,开挖边坡150~200m。坝址区岩体在长期的地质作用过程中,产生了不同规模、不同成因类型和不同力学性质的节理、裂隙和断裂面。这些节理、裂隙和断裂面在空间上相互交切组合,构成了网络状裂隙系统,控制着坝区岩体结构的基本状况,也形成了控制坝区各类工程地质问题产生的基本地质条件。随着边坡的开挖和电站的施工,高边坡的稳定性问题日趋显著,而绝大多数岩质边坡的破坏均是由于地下水在裂隙中的渗流而引起,岩体的渗透特性对边坡稳定性的影响是不可忽视的。 为了充分考虑裂隙岩体的渗透特性对坝肩岩体稳定性的影响,本文以大岗山水电站左岸坝肩1070~980m段岩体为研究对象,从岩体的结构特征出发,通过研究裂隙岩体的渗透结构特征,对裂隙岩体中双重裂隙的渗透特性分别进行了深入的探讨和分析,从而获得岩体中不同空间位置的渗透系数,准确地表达出裂隙岩体渗透性的各向异性特征,为处理岩质高边坡稳定性问题提供相应的资料和参考。具体的研究成果如下: (1)从区域地质背景、地层岩性、地质构造方面分析了研究区的地质环境条件。在地形上本区地势陡峻,地形复杂多样,属中高山峡谷地貌;在地层岩性上区内为扬子地层区,以岩浆岩和一套发育不全的元古界-中生界的沉积岩为主;在大地构造上区域地处特提斯-喜马拉雅造山系与扬子地台西缘的结合带。 (2)归纳了大岗山水电站左岸坝肩岩体的各向异性特征,包括岩体岩性特征、断裂构造特征和风化卸荷特征。通过分析和讨论各特征与岩体渗透结构的关系,对左岸坝肩岩体进行渗透结构的区域划分。 (3)以岩体渗透结构的区域划分为基础,以现场地质调查和实测资料的分析为重点,从节理岩体的几何参数的统计分析出发,通过带宽投影法进行计算,获得左岸坝肩不同区域岩体的各组裂隙连通率建议值。 (4)从岩体的结构特征出发,分析岩体的各向异性和非均质性,对裂隙岩体中双重裂隙的渗透特性分别讨论。对于岩体中作为渗流主导通道,具有较强导水能力的长、大裂隙,其渗透性通过常规的解析计算即可求得;对于规模较小,导水能力差的小裂隙或微裂隙,由于受裂隙的产状、间距、隙宽和裂隙中充填物的物质组成等因素的影响,仅通过压水试验资料不足以准确获得此种裂隙的渗透系数,需要通过其他方法来获取。 (5)从渗流基本理论出发,通过一系列的公式推导及计算,探讨了裂隙岩体中单组裂隙的等效渗透张量。认为采用有限单元法模拟单孔定向压水试验是切实可行的,同时BP神经网络的非线性映射能力强大,可以有效地用于反演裂隙岩体的渗透系数(等效渗透张量)。 (6)对于裂隙岩体中的单组裂隙,基于单孔定向压水试验及BP神经网络,只能反演得到有关岩体渗透特性的一个未知参数,根据需要可以反演得到本文中提出裂隙连通率与连通系数转换关系时假定的连通修正系数,进而得到岩体裂隙的等效渗透张量。通过工程实例证明该转换关系和反演方法是切实可行的。 (7)按照文章中所给的计算方法,得到渗透结构内的各组裂隙的等效渗透张量,之后通过相应公式对各裂隙渗透张量的贡献求和,即可得到区域内岩体的等效渗透张量。


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