雅砻江牙根二级水电站右坝肩边坡支护措施研究

摘要

拟建牙根二级水电站是雅砻江中游规划的第三个梯级电站，设计重力坝最大坝高153m，右坝肩边坡开挖高度近210m，最大开挖深度近100m。边坡断裂、裂隙发育，地质条件复杂，尤其是受一组顺坡缓倾小断层及裂隙密集带的控制，边坡变形强烈，浅表岩体松弛拉裂，稳定性较差，工程开挖边坡存在极大的安全隐患。因此，研究右坝肩边坡稳定性，进而提出相应的支护措施建议，对确保工程施工安全具有重要的实际意义。　　本文在查明边坡赋存的地质环境条件、岩体结构及变形破裂特征基础上，建立边坡变形破坏机制的概念模型，采用地质分析、刚体极限平衡法及数值计算方法综合分析边坡稳定性，进而提出工程边坡初步支护设计方案。取得了以下主要成果。　　(1)边坡岩性为燕山早期黑云二长花岗岩，以发育NW向顺坡缓倾角结构面为特征，边坡内部发育的fh01、fh02、fh03、fh04、fh05、fh06长大缓倾角断层对边坡的稳定性起控制性作用。此外发育NE向陡倾及NWW-EW向陡倾两组陡倾角结构面。受岩体结构控制，边坡岩体普遍沿缓倾角断层发生蠕滑拉裂变形，最大滑移变形量可达5m以上（PD53平硐f5303）。岩体风化卸荷强烈，强卸荷水平深度可达108m，弱卸荷最大水平深度可达153m。　　(2)工程边坡受NW向缓倾角结构面控制，其变形破坏模式为滑移-拉裂型。fh01、fh02、fh03、fh04、fh05、fh06等一系列顺坡缓倾断层作为底滑面，以NNE或NWW向陡倾断层作为后缘拉裂面，横河向陡倾长大断层则构成侧向割裂面。　　(3)稳定性评价结果表明，右坝肩边坡整体稳定性受控于fh06+f53组合块体，fh01+f53、fh02+f53、fh03+f53、fh04+f53、fh05+f53大型组合块体对边坡的总体稳定性亦存在重大影响。天然工况下fh03+f53、fh04+f53、fh04+f555稳定性系数介于0.865-0.901之间，边坡整体处于不稳定状态。局部以fh03+f53、fh04+f53组合块体稳定性系数最低，介于0.865～0.889之间。fh01+f53、fh02+f53、fh05+f53块体组合稳定性系数介于0.954-1.033之间，边坡整体处于极限平衡状态。暴雨工及地震工况况下，fh01+f53、fh02+f53、fh03+f53、fh04+f53、fh05+f53、fh06+f53组合块体稳定性系数均小于0.95，边坡整体处于不稳定状态。　　(4)根据稳定性评价结果，对右坝肩边坡不同部位提出了相应的支护措施。边坡加固设计应按照谨慎开挖、减少爆破、分区域分层次支护的原则进行，将工程边坡的整体稳定性控制作为边坡支护措施设计的首要问题，稳定性的控制秉从先整体后局部顺序进行。右坝肩边坡稳定性受典型的控制性缓倾角断层坡体结构控制，工程边坡开挖后，缓倾角断层切出地表，严重影响工程安全性;经边坡下滑力计算结果可知，以缓倾角结构面为底滑面，NNE或NWW向陡倾断层作为后缘拉裂面的组合块体下滑力大，安全系数较低。由于右坝肩边坡内部缓倾角断层性状较差（多为泥型、夹泥型），且延伸长、埋深较大，边坡的支护措施在采用传统的预应力锚索为主对边坡进行加固的同时，还应当采用混凝土抗剪洞置换结构面软弱物质，提高缓倾角断层力学性能，两种有效支护措施结合对边坡整体稳定性进行控制;对于边坡浅表部岩体以及随机不稳定块体采用挂网喷浆及全长黏结砂浆锚杆加强支护，对规模相对较大的潜在不稳定块体主要采用预应力锚索支护。　　(5) Midas数值计算结果表明，开挖后，坡体表面及坡脚处出现应力调整及应力集中现象，缓倾角断层后缘附近出现较大范围的拉应力区。伴随缓倾角断层切露，断层处出现大水平位移;开挖后缓倾角结构面上部岩体整体均表现出向临空面的滑移变形，剪应变增量区域主要沿缓倾角断层发展。在实施加固措施之后，fh01、fh02、fh03、fh04、fh05、fh06号缓倾角断层附近的最大主应力及最大位移量显著减小，边坡表面应力在支护前后重新变得平滑且连续，指向工程边坡临空面的最大水平位移下降至毫米级别。同时，混凝土抗剪洞的布置中断剪应力增量集中区的贯通，表明工程采用的一系列支护措施对边坡的加固有效，能够较好的防止工程边坡的失稳破坏。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩体结构研究现状

1．2．2 边坡变形破坏机制及失稳模式研究现状

1．2．3 边坡稳定性评价方法研究现状

1．2．4 岩质高边坡支护措施研究现状

1．3 研究内容、思路及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究思路及技术路线

第2章 边坡地质背景及基本特征

2．1 边坡地质背景

2．1．1 气象水文条件

2．1．2 地形地貌

2．1．3 地层岩性及地质构造

2．1．4 水文地质条件

2．1．5 地应力条件

2．1．6 地震

2．2 边坡岩体结构特征

2．2．1 结构面规模分级、分类

2．2．2 缓倾角断层发育特征

2．2．3 陡倾角断层发育特征

2．3 边坡变形破坏特征

2．4 边坡岩体风化卸荷特征

2．5 岩体物理力学参数

第3章 右坝肩工程边坡稳定性评价

3．1 边坡结构面组合模式研究

3．2 右坝肩正面工程边坡稳定性计算

3．2．1 边坡工程布置

3．2．2 计算模型建立以及参数选取

3．2．3 计算结果分析

3．3 上、下游侧工程边坡稳定性分析

3．3．1 上游侧边坡稳定性分析

3．3．2 下游侧边坡稳定性分析

第4章 边坡支护方案设计

4．1 右坝肩工程边坡支护措施方案及原则

4．1．1 工程边坡安全性评价标准拟定

4．1．2 支护原则及支护措施选取

4．1．3 边坡开挖

4．1．4 边坡截、排水措施

4．2 工程边坡支护措施设计

4．2．1 预应力锚索加固方案设计

4．2．2 预应力锚索加固后边坡安全性计算

4．2．3 深埋混凝土抗剪结构加固设计

4．2．4 抗剪洞加固后剩余下滑力计算

4．2．5 坡表预固结处理及浅表层加固

第5章 右坝肩边坡支护稳定性数值模拟分析

5．1 概述

5．2 模型建立

5．2．1 模型概化

5．2．2 模型参数选取

5．3 计算结果分析

5．3．1 第一步开挖及开挖后加固模拟

5．3．2 第二步开挖及开挖后加固模拟

5．3．3 第三步开挖及开挖后加固模拟

5．3．4 第四步开挖及开挖后加固模拟

5．3．5 边坡开挖与加固后剪应变增量

5．4 支护措施合理性评价

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获得学术成果