锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡施工期稳定性分析与评价

摘要

锦屏一级水电站拟建坝高305m，装机容量3600MW，是拟建中的世界第一高拱坝。 锦屏一级水电工程坝区工程地质环境复杂、岸坡浅表生改造作用强烈、并揭露有深部裂缝发育，岩质高边坡稳定性问题突出。与枢纽直接有关的重点部位边坡的稳定性对工程建设起着至关重要的作用。 锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡稳定性关系着大坝枢纽区建筑物的安全。本文以该边坡的稳定性为研究对象，通过对勘察资料的分析，详细研究了左岸拱肩槽高边坡岩体的结构特征，分析了开挖边坡的边界条件，结合开挖边坡现场的破坏现象和监测资料，对边坡失稳模式进行总结。在此基础上，采用三维弹塑性有限差分仿真计算软件，对锦屏一级水电站左岸拱肩槽开挖高边坡的变形做出分析，再结合二维极限平衡计算对边坡稳定性进行评价。具体研究内容及成果如下： 1) 根据前期地勘资料，结合施工期所收集的地质资料，研究了锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡的岩体结构特征，包括岩体岩性特征、结构面特征（包括断层、节理裂隙和卸荷裂隙等）,并根据各类结构面的规模性状所分的类型级别，分别阐述了其对边坡变形破坏的边界控制意义，建立了左岸拱肩槽边坡岩体结构模型。 2) 根据目前开挖揭露的边坡变形破坏迹象，结合该边坡的岩性组合及坡体结构特征，分析了拱肩槽开挖边坡变形破坏的机理和模式，以及边坡潜在失稳破坏模式。研究表明，开挖高边坡变形破坏模式主要为倾倒-滑移、滑移-拉裂、块体失稳。 3) 以边坡地质原型为基础，利用Flac3D软件模拟了拱肩槽边坡在多步开挖条件下的响应过程。由于开挖过程中坡体应力解除伴随应力释放或二次卸荷作用，岩体会向临空面方向产生松弛变形，所以对边坡各部位进行了天然、开挖加支护下的应力-变形对比分析。重点分析了“大块体”应力-变形总体特点，对f42-9在进行抗剪洞开挖支护前后的变形特征对比，发现抗剪洞的施加对“大块体”的变形有很好的控制效果。 4) 运用二维极限平衡计算对拱肩槽边坡开挖未支护及支护条件下的稳定性进行定量分析。以前述的地质分析为基础，结合数值模拟计算结果，选取具有代表性的剖面进行极限平衡计算。计算表明：边坡在开挖未支护状态下，以煌斑岩脉X与断层f42-9的滑面组合普遍不稳，其他滑面组合的稳定性系数虽然大于1，但是部分安全裕度不高。在开挖支护状态下，大多潜在失稳的滑面组合的安全系数都有一定提高并超过1，边坡整体稳定，具有一定安全裕度。