库水作用下锦屏一级坝区左岸工程边坡稳定性研究

摘要

锦屏一级水电站是雅砻江干流水能资源最富集的中、下游河段五个梯级水电开发的第一级，而库区的左岸边坡发育倾倒变形岩体，在工程开挖下，左右岸坡脚均产生了变形，倾倒变形继续发展以及坡体下部岩体软化，尤其是缓倾坡外断层的软化，可诱发边坡的变形。倾倒变形体的稳定性是工程建设中最为关心的问题之一，但目前尚没有一个能较为简便而准确地评价其稳定性的方法。针对上述问题，本文以锦屏一级水电站库区左岸边坡为例在搜集大量地质原始资料的情况下，分析了其变形发育特征，并根据坝区左岸边坡的实际地质剖面建立了模型，而模型所需参数则根据高压渗透实验以及相关规范综合确定，最终根据模拟所得位移与实际监测的位移相对比。最后得出倾倒体在库水作用下变形以及稳定性变化的结论。本文针对倾倒变形体，以工程地质分析、岩体力学为指导，结合实验和数值模拟等技术手段，主要进行了如下研究:
　　(1)分析坝前边坡结构特征、边坡变形迹象、分析其形成条件及影响因素。
　　(2)在倾倒变形体发育特征基础上，通过高压渗流实验得到不同岩性不同倾倒层面岩体的渗透系数。
　　(3)蓄水、骤降过程中倾倒变形边坡渗流场、应力场变化特征，基于流固耦合理论下右坝前边坡各工况稳定性系数与库水位变化间的关系研究。
　　(4)基于监测数据的位移变化，实际现场调查以及模拟变化的对比分析最终得出倾倒体边坡在库水作用下的变形及稳定性变化规律。
　　最后得出了以下结论
　　(1)不含结构面的天然岩体渗透率是砂岩＞大理岩＞板岩。而含有裂隙结构面的岩体随着结构面倾角的增大，岩体渗透率逐渐增大，同时岩体在受到围压轴压破坏的整个过程中，渗透率在岩体接近破坏时达到最大，破坏后会有一个降低阶段，随后渗透率再次上升。
　　(2)库水位在上升的过程中边坡的地下水位线也随之上升，但在上升初期，由于水体未完全入渗进入坡体，因此浸润线在坡体中上部几乎是平行于坡表，而边坡的最大变形量值和范围也随水位的上升进一步增大，变形最大的区域出现在边坡坡脚区域及坡体中上部，而坡体中部的变形将可能促发坡体大边界条件控制的滑面失稳，库水骤降过程中，边坡表部的浸润线也快速下降，边坡前缘的浸润线较后缘变幅较大，但由于此时下降幅度不大，因此水体还在向坡体内部入渗，在渗透性较好的地段如断层、煌斑岩脉处，水位明显高于其他介质处的水位，此时边坡的X方向位移变化不明显且最大值范围变化较小，边坡X方向位移量值有一定改变，而Y位移值最大值几乎没什么变化，但最大值范围却是不断变化增加，初步判定这是由于库水位骤降时，水位变幅区域饱和岩体中产生的孔隙水压力来不及消散，会对边坡产生向坡外方向的渗透力作用，增加边坡的变形。
　　(3)流固耦合作用下边坡稳定性计算结果表明:蓄水后天然工况、暴雨工况以及天然+地震工况下边坡稳定性系数都超过了1.11（M-P法），处于稳定状态;只是在暴雨+地震工况下，滑面①的稳定性系数有所偏小(K=1.03)，略低于A类枢纽工程区偶然状况边坡稳定最低标准，应注意蓄水中偶然状况的发生，及时对滑面以上岩体进行相应的支护处理。
　　(4)从定性分析的角度来看监测数据表明目前在大边界条件控制下的坡体其表观位移曲线基本收敛与模拟的稳定性结果较为一致，在定量分析上除开Y方向上位移的量值模拟与实际监测有所差别外，模拟结果与实际监测结果基本吻合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩体倾倒变形模式研究

1．2．2 倾倒变形体失稳模式研究现状

1．2．3 倾倒变形体稳定性研究

1．2．4 水对倾倒变形岩质边坡的稳定性影响研究

1．2．5 其他因素对倾倒变形岩体稳定性影响研究

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容与思路

1．3．2 技术路线

第2章 区域自然环境和工程地质条件

2．1 研究区范围

2．1．1 地理位置及交通

2．1．2 气象水文条件

2．2 研究区工程地质条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 地震

第3章 坝前左岸边坡特征

3．1 坡体结构特征

3．1．1 边坡边界条件

3．1．3 岩体结构面特征

3．2 坡体目前变形发育特征及潜在破坏模式

3．2．1 坡体变形发育特征

3．2．2 坡体潜在破坏模式

第4章 库水作用下边坡流固耦合分析及稳定性评价

4．1 模型的建立

4．1．1 地质模型

4．1．2 边坡渗流场-应力场耦合分析模型

4．2 参数的选取

4．2．1 实验目的及设备

4．2．2 实验试样的选取以及加工

4．2．3 实验步骤

4．2．4 渗透实验结果分析

4．2．5 高压渗流实验选取参数

4．2．6 参数反演

4．2．7 工况选取

4．3 流固耦合作用下边坡渗流场与应力场计算分析结果

4．3．1 初始渗流场及应力场计算结果分析

4．3．2 蓄水过程中渗流场及应力场计算结果分析

4．3．3 库水位升降过程中的渗流场及应力场计算结果分析

4．4 流固耦合作用下坝前斜坡稳定性计算

4．4．1 潜在滑动面的假定

4．4．2 计算参数及工况的选取

4．4．3 计算结果分析

4．5 本章小结

第5章 坡体变形监测分析

5．1 坡表位移监测

5．1．1 (1800-1900)高程变形观测

5．1．2 (1900-2000)高程变形观测

5．1．3 (2000-2300)高程变形观测

5．2 坡体内部监测(硐室变形监测)

5．2．1 左岸坝基处底部变形(1670-1800)

5．2．2 左岸坝肩深部变形(1800-1885)

5．2．3 左岸坝肩顶部浅部变形(1900以上高程)

5．3 监测变形收敛性与稳定性的关系

5．4 实际监测与模拟对比分析

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的学术成果