基于微震监测的高陡边坡渗透特性演化与渗流场分析

摘要

大型水利水电工程高陡边坡失稳问题曾给人类的生产活动以及生命安全造成过巨大损失，而渗流作用是影响其稳定性的关键因素之一。高陡边坡因施工扰动导致局部岩体损伤，渗透特性发生显著改变，从而引起边坡渗流场的变化。所以更准确的岩体渗透特性可以更真实的模拟边坡渗流场，为分析边坡稳定性提供更有效的参考。因此研究施工扰动下的边坡岩体渗透特性演化以及分析高陡边坡渗流场十分必要。本文以锦屏一级水电站左岸边坡为例，结合施工过程中的微震监测数据，展开以下几方面研究内容:
　　(1)基于左岸边坡施工过程中的微震监测数据，通过微震数据的坐标转换，将微震事件以微震能量的形式显示在Ⅱ1-Ⅱ1横剖面准三维模型内。然后分析微震能量随施工扰动分布的时空演化规律，结果表明:微震活动集聚区域与施工工况具有较强的关联性，微震事件主要沿各大断层或煌斑岩脉等不连续结构面附近或周围分布。特别地，研究了左岸边坡微震事件数据中蕴含的震源机制，发现岩体损伤主要以剪切破坏为主。
　　(2)尝试建立定量评价渗透特性变化的具体物理基础，提出两种基于微震监测数据确定岩体渗透特性的方法:基于立方定律的理论方法和基于微震能量的经验方法。研究结果为基于微震监测数据定量评估和分析边坡岩体渗透特性演化，开辟了一个初步方法。绘制渗透系数增量空间分布图，并分析边坡岩体渗透系数增量的时空演化规律。结果表明:边坡岩体渗透系数变化主要受施工工况和不连续结构面（断层、煌斑岩脉Ⅹ）两方面因素影响。边坡开挖等施工扰动使边坡浅部岩体的渗透系数变化显著，大坝基坑开挖或内部弱层灌浆等施工扰动使不连续结构面附近岩体的渗透系数变化显著。
　　(3)建立Ⅱ1-Ⅱ1准三维数值模型，重新确定边坡内各组岩体渗透系数，以此模拟库水位升降条件下的边坡渗流场，并对渗流场瞬态过程加以分析。分析表明:断层等地质构造控制着边坡渗流场的运移以及孔隙水压力的分布;而煌斑岩脉X则对整个边坡渗流场和孔隙水压力分布起到阻隔作用;对比是否考虑微震事件这两种工况，边坡内渗流场和孔隙水压力分布差异明显;根据微震活动的时间、空间、强度，可以更加准确地监测边坡渗流场，为合理地优化渗流控制措施奠定基础。
　　总之，本文基于微震监测数据，建立定量反映高陡边坡岩体渗透特性演化的方法，并分析其对边坡渗流场的影响，是本文的创新性尝试。研究结果为基于微震监测系统定量分析渗透特性与渗流场探索了一个初步的方法和流程，以便于在工程实践中逐步得到验证、改善和发展。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 裂隙岩体渗透特性研究现状

1．2．2 裂隙岩体渗流模型研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 锦屏一级水电工程概况和工程地质条件

2．1 工程概况简介

2．2 坝区工程地质条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 水文地质条件

3 左岸边坡微震监测数据处理与分析

3．1 引言

3．2 微震数据坐标转换

3．3 微震能量分布时空演化规律

3．4 微震震源机制研究

3．5 本章小结

4 基于微震监测的岩体渗透特性演化

4．1 引言

4．2 基于立方定律的理论方法

4．3 基于微震能量的经验方法

4．4 两种方法的比较与选择

4．5 渗透系数增量时空演化

4．6 本章小结

5 高陡边坡渗流场瞬态过程分析

5．1 引言

5．2 模型建立

5．3 边界条件

5．4 参数取值

5．5 模拟方案

5．6 渗流场模拟与分析

5．6．1 饱和度等值线图分析

5．6．2 孔隙水压力等值线图分析

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢