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金沙江白鹤滩水电站高拱坝建设工程地质适宜性研究

张曙光  
【摘要】: 高拱坝工程地质适宜性评价是一个复杂的系统工程问题。本文以白鹤滩水电站为研究对象,以大量的现场实测资料为基础,在大量野外调查和对第一手资料进行室内测试和统计分析基础上,研究了白鹤滩水电站坝区岩体结构面成因,包括岩石建造、构造改造和表生改造等,并在此基础上,较为系统的研究了岩体结构面的发育特征,用三维仿真模型演化了坝区地应力场的变化特征,阐述了与高坝建设适宜性评价有关的岩体质量分级,分析研究边坡破坏机制,并利用UDEC离散元模型对边坡破坏机制进行了模拟,结合坝肩抗力体抗滑稳定性分析,讨论了由层间、层内错动带构成底滑面,断层和基体裂隙构成侧裂面的情况下,坝肩抗力体的抗滑稳定性,进而研究了岩体结构面对坝肩抗滑稳定性的控制作用,最后,对高边坡的稳定性进行了分析和评价。通过上述研究,本文取得了如下主要成果: 1、利用工程地质分级方法,从结构面工程地质性状及工程地质意义出发,对研究区勘探揭露的结构面进行了系统的分级分类,并建立了较为系统的性状描述体系,很好的解决了研究区岩体结构面的分级问题,从而为分层次深入研究结构面的工程地质性状奠定了基础。 2、采用了四种岩体质量分级评价方案对研究区岩体质量进行了研究,这四种方案包括:工程岩体分级标准(GB50218-94)、水利水电围岩工程地质分类(GB50267—99)、岩体RMR分类(Bieniawski,1973)、岩体质量指数Z分级(小湾,1995)。结果显示,拟合度最高的是BQ—T,较好的是BQ—Z,以及T—Z,他们的拟合度都能达到74%以上,而且其拟合关系都是对数拟合关系。同时看到凡涉及到与RMR分类系统的拟合,主要为直线拟合,但拟合度均很低,一般都是在57%以下。总体来看在四种岩体质量分级评价保有三种岩体质量分类之间的相关性比较好。在此定量化基础上,结合现场分类以及水利水电工程地质勘察规范,通过对比综合,得到研究区岩体质量分级。由于白鹤滩水电站坝址区岩体在地质历史中曾遭受过多期构造地质作用,和后期的浅表生改造作用,具有结构复杂的特点。利用岩体质量分级方法,解决了研究区的岩体质量分级问题,这对进一步评价工程岩体的稳定性、充分利用可利用岩体、制定适宜的工程措施具有十分重要的意义。 3、在对坝区边坡破坏机制研究过程中发现:白鹤滩水电站坝区边坡变形破坏现象从成因机制上可概括为两个类型:一类应是由于表生改造所形成的卸荷松动岩体。另一类是受缓倾角结构面控制的时效变形体,这类变形体主要以蠕滑——拉裂为主。经分析及数值模拟结果认为,白鹤滩水电站坝区边坡变形破坏方式将是以受缓倾角结构面和陡倾角结构面联合控制的分块滑移、解体、崩塌方式为主,整体下滑的可能性不是很大。 4、在查明坝肩抗力体边界条件的基础上,利用刚体极限平衡分析中的矢量法,对白鹤滩坝肩抗力体的不同荷载情况下大块体的稳定性进行了评价,结果表明:白鹤滩坝肩抗力体的稳定性总体上达到了拱坝设计的要求。左岸坝肩最上部重量很小块体稳定系数不满足规范要求,在施工设计过程中可避开此块体。右岸块体稳定性总体上满足规范要求,但块体1和块体3在地震力作用下安全储备较小,对侧裂面或底滑面可采取置换或锚固等加固措施进行处理。 5、对高边坡稳定性分析过程中得到如下看法:从岸坡的稳定性条件以及从目前勘探调查的岸坡岩体变形破坏现象来看,白鹤滩水电站坝区稳定性是,低高程优于高高程;总体上,右岸天然边破稳定性条件大大优于左岸。右岸边破变形破坏的程度远小于左岸边破的破坏程度。 通过数值模拟得到,左岸边坡在天然状态和地下水饱水状态下是稳定的,但在地震(Ⅷ度)以及地下水+地震状态下是不稳定的,其稳定性系数最小只有0.749。从工程安全的角度,应采取一定的工程处理措施。


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