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金沙江白鹤滩水电站高拱坝坝基柱状节理玄武岩变形特性研究

李虎  
【摘要】: 拱坝是一种经济合理、安全可靠的坝型,但拱坝的稳定性主要是依靠坝肩两岸岩体来维持。坝肩岩体失稳最常见的形式一是坝肩岩体受荷载后发生滑动破坏,另一种是坝肩岩体受荷载后,大面积屈服或不均匀变形过大。由于拱坝特殊的空间壳体结构,对坝基(肩)岩体的变形十分敏感,特别是变形的不均匀会导致坝体应力的分异和集中,影响坝体的整体安全。而白鹤滩水电站左坝肩存在的柱状节理玄武岩,由于变形模量相对较小,易于产生不均匀变形,成为白鹤滩水电工程重要工程地质问题之一。本文通过对坝基(肩)玄武岩岩体结构的分析以及岩体质量的划分,特别是在对柱状节理玄武岩空间分布、结构特征、强度特征及变形特性研究的基础上,借助数值模拟论证了柱状节理作为坝基岩体的可行性,主要取得了以下成果: (1)白鹤滩水电站主要发育有层间、层内错动带、断层、基体裂隙和柱状节理,其中,层间、层内错动带和断层控制了岩体的宏观结构,节理裂隙影响了岩体的局部结构及完整性。在此基础上,通过大量资料统计及其他工程经验,提出了白鹤滩岩体结构的划分标准,从分类结果看,右岸岩体结构普遍优于左岸。 另外,根据《水利水电工程地质勘察规范GB50287-99》中有关坝基(肩)岩体工程地质分类的基本原则,针对白鹤滩高拱坝的规模和结构特点,提出了白鹤滩水电站岩体质量分级方案。从分级结果看,从低高程到高高程,岩体逐渐变差,且右岸岩体质量总体好于左岸。 (2)在分析柱状节理玄武岩空间分布特征的基础上,从柱状节理玄武岩几何特征、结构面发育特征等方面介绍其岩体结构特征;而后对比研究了柱状节理玄武岩与一般玄武岩在强度特征及变形特性方面的差别,结果表明,柱状节理在强度及变形特性上均有所降低,且变形模量减少值相对较多。 (3)建立白鹤滩水电站三维有限元模型,对坝基(肩)岩体及拱坝应力、位移及变形破坏区域进行详细分析研究。分析结果表明,柱状节理影响下,坝基(肩)岩体及拱坝位移量均增大,且塑性区较不考虑柱状节理时分布范围大;但模拟结果显示,拱坝在柱状节理影响下,并未出现明显应力集中和分异,对大坝安全不够成实质威胁。但由于柱状节理的存在,塑性区及位移增大,对工程的长期安全运营不利,须作必要的加固处理。


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