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大岗山水电站坝区高边坡变形机制及静动力响应研究

刘洋  
【摘要】:随着西部大开发战略及“西电东送”工程的实施,越来越多的大型水利水电工程开始修建,伴随而来的岩质高边坡问题逐渐成为地质工程界关注的焦点。由于西部山区河流深切形成峡谷,地形陡峻,地应力量级高且地质条件复杂,如何确保高边坡在开挖及运行期的工程安全,对于国家战略发展及经济发展具有举足轻重的意义。在此宏观背景下,本文选取大岗山水电站右岸边坡为研究对象,在长期的野外追踪调查及室内试验分析的基础上,运用定性评价与定量计算相结合的方法对右岸边坡在静力与动力条件下的变形特征及稳定状况进行研究。 大岗山水电站位于大渡河中游石棉县境内,为大渡河干流规划调整推荐22级方案的第14梯级电站,设计最大坝高210m,总库容7.42亿m3,电站装机容量2600MW。坝址区两岸山体雄厚,谷坡陡峻,基岩裸露,自然坡度一般40°~65°,基岩以澄江期花岗岩类为主,多分布灰白色、微红色黑云二长花岗岩,此外,可见辉绿岩脉(β)、花岗细晶岩脉(γ)、闪长岩脉(δ)等各类脉岩穿插发育于花岗岩中,尤以辉绿岩脉分布较多。地应力较高,岸坡岩体向河谷临空方向卸荷较为强烈。坝区无区域断裂切割,构造型式以沿脉岩发育的挤压破碎带、断层和节理裂隙为特征。 正是由于右岸边坡复杂的地质条件,本文将对右岸边坡的断层、辉绿岩脉和深部卸荷裂隙的发育特征进行总结,通过调查分析边坡结构面的工程地质特征,确定右岸边坡的可能失稳模式,最终为后续的定量计算确定最不利的结构面组合。在此基础上,建立边坡变形破坏的概念模型,通过对边坡开挖过程中的变形迹象分析,阐明发生变形破坏迹象的成因,建立右岸边坡变形破坏机制分析。 在地质调查的基础上,综合建立右岸边坡的地质-力学-数学模型,运用定性分析的方法,从边坡的定量计算的稳定性系数和变形发展情况的静力角度出发评价开挖边坡的稳定性状况:通过二维极限平衡计算,分析右岸最不利组合即断层f231+卸荷裂隙XL316-1为底滑面的块体在开挖后各个工况的稳定情况,同时通过数值模拟中传统强度折减法及动态强度折减法的分析,结合现场监测资料,分析边坡的变形机制及支护后的效果。结果表明,右岸边坡破坏模式为:以f231与卸荷裂隙XL316-1组成的大块体变形沿着坡脚f231剪出口位置逐渐向上贯通,到达γL6位置处,块体整体发生破坏。但从支护后的效果看出,变形量得到及时的控制,随着时间的推移,变形逐步收敛,证明效果良好。地震动力条件下数值模拟结果表明:在水平地震波的作用下,边坡整体,特别是潜在不稳定大块体应力量值有所增大,同时浅表部拉应力区范围明显增大,易发生张拉破坏;另一方面,支护后边坡的水平位移值明显降低,说明抗剪洞的支护对地震动力作用在水平变形上有明显的抑制效应,抗剪洞支护效果明显。 最后针对右岸存在的深层卸荷裂隙和断层f231的剩余支护工作应继续进行,以提高右岸整体的稳定性。在抗剪洞开挖施工过程中,应加强对深部裂隙和断层的监测工作,以确保工程安全。


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