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金沙江白鹤滩水电站工程边坡稳定性研究

作　者: 高波
导　师: 赵其华
学　校: 成都理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 白鹤滩水电站边坡稳定性研究工程边坡变形破坏模式开挖坡比
分类号: TV221.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文研究遵循“工程地质条件分析→变形现象认识→变形机制分析→定性定量评价”的基本思路。在吸收前人研究成果的基础上,采用现场原型调研和室内分析相结合、工程地质和岩体力学相结合、几何分析和力学分析相结合的方法,总结并归纳坝区构造演化,河谷演化及边坡形成演化过程,从边坡岩体建造—构造改造—浅表生改造过程入手,针对工程边坡的岩体结构、风化卸荷、已有变形破坏特征、岩体质量等基本问题,从地质历史演化观点出发,定性分析自然边坡变形破坏模式及目前所处演化阶段,在此基础上,结合刚体极限平衡方法综合评价工程边坡稳定性,并提出合理开挖坡比建议。主要研究内容如下:(1)坝区地质环境条件研究:包括地形地貌、地层岩性、地质构造、地应力、构造演化及河谷演化等方面。(2)坝区边坡岩体结构特征研究:包括层内、层间错动带发育分布特征,断层发育分布特征及基体裂隙发育分布特征,在此基础上对岩体结构分区分带。(3)自然边坡岩体的变形机制、失稳模式研究:以坝区地质环境背景研究为基础,结合已有的变形破坏迹象,分析坝区自然边坡岩体的变形破坏模式,确定构成边坡潜在不稳定块体边界。(4)结合自然边坡岩体变形破坏模式及已有变形破坏迹象,定性分析自然边坡所处演化阶段,并考虑岸坡地形地貌、地层岩性、岩体结构、岸坡岩体已有变形破坏迹象、崩塌堆积物特征等因素,对岸坡岩体变形破坏进行分区。针对各种工况下不同变形失稳范围,采用刚体极限平衡理论对其进行稳定性计算,并评价工程边坡(左、右岸拱肩槽边坡,右岸进水口边坡及右岸揽机平台边坡)的整体及局部稳定性状况。(5)结合以上分析、评价,采用地质判断、工程类比,确定工程边坡开挖最优坡比取得成果如下:⑴坝区属中山峡谷地貌,地势北高南低,向东侧倾斜。金沙江总体由南向北流,左岸为大凉山山脉东南坡,山峰高程2600m,整体上呈向金沙江倾斜的斜坡地形;右岸为药山山脉西坡,山峰高程3000m以上,主要为陡坡与缓坡相间的地形。坝区主要出露二叠系上统峨眉山组玄武岩(P2β),上覆三叠系下统飞仙关组砂页岩(T1f)。地层呈假整合接触。第四系松散堆积物主要分布于河床及缓坡台地上。坝区地质构造主要表现为原生建造(原生流动构造、原生破裂构造)、断裂构造(包括断层、层间错动带、层内错动带、裂隙等)等形式。坝区属中山峡谷地貌,河床及两岸主要由坚硬的玄武岩组成。据勘探研究:坝区应力场属中应力场区,局部可见弱岩爆及片帮现象。河床部位量值主要集中在7.0～18.0MPa之间。最大水平主应力方位为NWW～EW向,与河流方向大角度相交。两岸的地应力主要为低～中等应力,右岸和左岸的应力量值基本相当。两岸地下厂房应力量值基本相当,左岸略低于右岸,第一主应力方向NEE为主,第三主应力方向NNW为主。坝区基本的构造格局形成于燕山期,而后期的喜山期构造运动又包括四川运动、喜山运动以及新构造运动,使坝区构造格局得到进一步强化,从而形成了目前坝区的构造格架。坝区河谷发育经历了宽谷期和峡谷期两个阶段,共经历5次快速下切,形成目前河谷地貌,其地质年代大致对应于Ⅲ级阶地形成后、Ⅱ级阶地形成前,即Q3早期。⑵坝区岩体结构特征研究:坝区发育有层间和层内缓倾角错动带、中小规模断层及基体裂隙三种主要的结构面。坝区内共发育11条层间错动带,为C2-C11,广泛发育于岩流层顶面,为凝灰岩建造,构造改造过程中此类夹层易于破碎,从而形成凝灰岩质的破碎夹层,由于凝灰岩成分对水的敏感性,在地下水的作用下,易于形成局部泥化夹层,从而降低结构面的强度,形成一套分布于各岩流层之间的缓倾角、贯穿性结构面,为坝区内主要控制性结构面。层内错动带发育于岩流层内部的构造错动带,主要分布于岩流层中下部致密玄武岩一侧,除极个别以中陡倾角(大于25°)展布外,绝大部分以舒缓波状、缓倾角延伸为特征,与层间错动带相比,分布有一定的随机性和复杂性,延伸规模弱于层间错动带。断层:走向以NNE~NE向、NNW向和NW~NWW向为主,宽度多数在1m以内,长度多数百m,带内物质组成多为角砾、岩屑,部分存在断层泥,结构类型多为(含)岩屑砾型或破碎夹泥型,倾角多为陡倾角,可构成自然边坡潜在块体侧裂面或后缘切割面。基体裂隙:多充填0.2~0.5cm方解石脉或石英脉,微风化~新鲜岩体内裂隙面一般嵌合紧密,而弱风化带内则多呈微张,位于卸荷带内裂隙显张性。第一优势方位为N35°~45°W,SW∠80°~85°,延伸较长,NE向(第二优势方位)及近SN向(第三优势方位)裂隙仅局部集中发育,较短小,且受NW向优势裂隙限制,基体裂隙以陡倾为主,平直粗糙,潮湿,多闭合无充填。以以上结构面的统计特征为基础,按勘线对坝区岩体结构分区:左岸分4个区,右岸分为3个区。⑶结合坝区岩体结构特征研究可知:坝区左岸由缓倾角错动带和陡倾角结构面构成的块体滑动是左岸边坡失稳的主要模式,右岸由于是逆向坡,受陡倾角结构面控制的边坡浅表部的小规模危岩体是其失稳的主要模式。以坝区自然边坡变形破坏模式分析为基础,并考虑岸坡地形地貌、地层岩性、岩体结构、岸坡岩体已有变形破坏迹象、崩塌堆积物特征等因素,对自然边坡(左岸)工程地质分区,共分三个大区,12个小区,通过各分区稳定性定性评价可知,各分区边坡处于稳定状态。通过块体边界复核及评价,左岸自然边坡共组合不利块体12个,通过稳定性计算,所有块体处于稳定状态,只有LB6块体处于临界稳定状态。左右岸拱肩槽边坡开挖亦可能为潜在块体创造临空面,通过空间组合,左、右岸拱肩槽边坡共组合不利块体9块,其中左岸6块,右岸3块。通过稳定性计算,块体处于稳定-基本稳定状态,其中右岸潜在块体稳定性差于左岸潜在块体。⑷通过对左、右岸拱肩槽边坡稳定性极限平衡计算可知:最不利工况为地震工况;左岸拱肩槽开挖上下游边坡稳定性要好于右岸;左岸拱肩槽上游侧边坡对暴雨工况更为敏感,下游侧边坡对地震工况敏感;右岸拱肩槽下游侧边坡对地震工况最为敏感。右岸进水口及揽机平台边坡由于陡缓结构面多数反倾坡内,未能构成不利块体组合,因此考虑强弱卸荷底界为潜在滑移面。极限平衡计算结果显示,最不利工况为暴雨工况,边坡整体处于稳定状态。⑸工程边坡的最优设计坡比建议为:左岸拱肩槽边坡:微新及弱下岩体:1:0.3;弱上岩体:1:0.45~1:0.5;右岸拱肩槽边坡:微新及弱下岩体:1:0.25;弱上岩体:1:0.35~1:0.5;覆盖层:1:1.25。微新及弱下岩体开挖时,每50m设置一级3m宽的马道。在弱上风化岩体开挖时,每30m设置一级3m宽马道。右岸进水口边坡:微新岩体:1:0.2;弱下岩体:1:0.25;弱上岩体:1:0.35-1:0.4;覆盖层:1:1.25。边坡开挖每50m设计一级3m宽的马道。右岸揽机平台边坡:微新岩体及弱下岩体:1:0.3;弱上岩体:1:0.5;覆盖层:1:1.2。每50~60m设计一级3m宽的马道。

金沙江白鹤滩水电站工程边坡稳定性研究

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