【摘要】：西南河谷地區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜,廣泛發(fā)育反傾巖質(zhì)邊坡,頻繁且劇烈的內(nèi)外動力地質(zhì)作用在傾倒變形體形成和發(fā)展所經(jīng)歷的漫長演化歷史中扮演著決定性的推進(jìn)角色。傾倒變形體在自然條件下一直處于動態(tài)平衡的狀態(tài),不斷進(jìn)行著應(yīng)力和變形的協(xié)調(diào)穩(wěn)定。一旦產(chǎn)生失穩(wěn),通常是從坡表碎裂巖體崩落開始,逐步向內(nèi)部擴(kuò)散,甚至形成深度較大的折斷面,嚴(yán)重威脅水電站建設(shè)安全。傾倒變形體的變形破壞模式一直是學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn),當(dāng)開挖改變其應(yīng)力邊界條件時,反傾邊坡將產(chǎn)生較為復(fù)雜的變形反饋,這是邊坡開挖方案設(shè)計(jì)的重要研究內(nèi)容。本文以西藏昌都地區(qū)扎拉水電站右壩肩傾倒變形邊坡為例,結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料和詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,建立合理的地質(zhì)概念模型,采用離散元和有限元兩種方法分析了右壩肩邊坡的變形破壞模式以及在不同開挖方案下的位移變形特征和開挖穩(wěn)定性,取得的主要成果如下:(1)右壩肩邊坡屬陡反傾邊坡,基巖巖性主要為鈣質(zhì)板巖,巖層走向?yàn)镹W,正常巖層傾角為74°~80°,根據(jù)平硐調(diào)查結(jié)果,傾倒變形發(fā)育深度較大,約為61.5~85m。當(dāng)前坡體表部揭露0~19m的極強(qiáng)傾倒區(qū),深部形成60米以上的弱傾倒區(qū),區(qū)內(nèi)多處巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)。這些區(qū)域在降雨、施工等外界作用擾動下,存在產(chǎn)生較大變形乃至失穩(wěn)的風(fēng)險,對壩址區(qū)的開挖施工而言存在巨大的安全隱患。(2)通過平硐PD10和PD11的實(shí)測編錄和巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查,右壩肩邊坡無控制性大規(guī)模斷層發(fā)育,主要發(fā)育Ⅳ1~Ⅴ級結(jié)構(gòu)面,其中軟弱結(jié)構(gòu)面(斷層、擠壓面)多為陡傾發(fā)育,個別緩傾坡外,填充物多為巖屑夾泥,但厚度較小多為1~2cm,變形體節(jié)理裂隙發(fā)育,尤其是長大節(jié)理J1可以構(gòu)成邊坡和局部塊體失穩(wěn)的側(cè)向邊界,傾坡外節(jié)理發(fā)育較少,僅零星出露。(3)右壩肩傾倒變形邊坡在演化進(jìn)程中,受到重力作用、坡腳堆積體的反壓作用、以及豎直節(jié)理的控制,孕育了獨(dú)特的傾倒變形現(xiàn)象。平硐調(diào)查顯示,傾倒變形體巖層傾角變化呈現(xiàn)起伏不定的特點(diǎn),節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)域性較弱,無法根據(jù)相關(guān)指標(biāo)直接確定傾倒變形分區(qū)。結(jié)合波速測試數(shù)據(jù),以及現(xiàn)場巖體變形試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和室內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)成果,選取上述指標(biāo),利用origin中數(shù)據(jù)擬合的方法對傾角、波速和強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行變化趨勢的直、曲線擬合,得出:PD10硐深約25m和PD11硐深約45m位置,為傾角和波速變化趨勢的轉(zhuǎn)折點(diǎn),并且兩者擬合結(jié)果較為一致。結(jié)合結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征,最終得到了右壩肩邊坡的傾倒變形分區(qū)成果。(4)根據(jù)已有變形破壞跡象,右壩肩的變形破壞以整體傾倒變形和局部松動崩落為主,此外淺表層的變形破壞以塊體失穩(wěn)、墜落為主。根據(jù)底摩擦物理模擬結(jié)果,無堆積體反壓時,傾倒變形的發(fā)育階段包括前緣傾倒變形、前緣-中部傾倒變形、后緣變形和折斷帶貫通失穩(wěn)破壞四個階段,變形過程中伴隨著巖體和淺表層的局部崩落和傾倒形成的空隙填充過程等。右壩肩邊坡在天然狀態(tài)下,隨著傾倒變形發(fā)展,坡體會在已有極強(qiáng)傾倒區(qū)內(nèi)形成明顯折斷帶,并不斷擴(kuò)展貫通發(fā)生失穩(wěn)破壞。(5)根據(jù)離散元分析結(jié)果,傾倒變形體受前緣堆積體和坡面形態(tài)影響顯著,變形破壞模式首先以碎石土堆積體剪切破壞滑移和極強(qiáng)傾倒區(qū)折斷帶逐步擴(kuò)展、坡表局部崩落為主。坡腳碎石土失穩(wěn)后,傾倒變形區(qū)域臨空面增大,極強(qiáng)傾倒區(qū)底部基本貫通形成滑面并首先在坡體上部坡面形態(tài)陡緩轉(zhuǎn)折處形成較大的張拉裂縫,最終整體向下滑移失穩(wěn)。卵漂石表部由于剪切力作用產(chǎn)生局部破壞,強(qiáng)傾倒區(qū)底部傾倒變形過程受到阻礙,當(dāng)卵漂石向坡腳臨河方向發(fā)生失穩(wěn)滑移后,強(qiáng)傾倒區(qū)變形顯著加劇。堆積體的反壓作用對傾倒變形體進(jìn)程和開挖順序都有較為明顯的影響。(6)基于離散元分析得出的右壩肩傾倒變形邊坡的變形破壞模式,采用有限差分法對右壩肩邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬,分析邊坡在天然和開挖兩種工況下的應(yīng)力變形特征,結(jié)果表明:邊坡在天然工況下基本處于穩(wěn)定狀態(tài),變形位移主要集中在坡腳的堆積體和極強(qiáng)傾倒區(qū),在極強(qiáng)傾倒區(qū)下部出現(xiàn)量值較小的剪應(yīng)力增量。這和利用離散元分析右壩肩邊坡的結(jié)果較為一致,為后文開挖方案的擬定提供了基礎(chǔ)支撐。(7)通過對比分析五種開挖方案的位移、剪應(yīng)變和監(jiān)測點(diǎn)位移等數(shù)據(jù)可知,在1:0.75坡比開挖方案下,邊坡整體受到最小的施工擾動,強(qiáng)傾倒區(qū)均無明顯變形,各項(xiàng)位移指標(biāo)均較低。而對于分區(qū)開挖和分階段開挖2,監(jiān)測點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)表明強(qiáng)傾倒區(qū)發(fā)生一定的應(yīng)力和變形調(diào)整,并出現(xiàn)次生剪應(yīng)變;分階段開挖1雖然由于開挖順序的影響極強(qiáng)傾倒區(qū)發(fā)生較大位移,但強(qiáng)傾倒區(qū)位移變形并不明顯。綜上所述,按照1:0.75的開挖坡比對于邊坡的整體穩(wěn)定性最為有利。同時搭配分階段開挖1的開挖方案,對坡頂進(jìn)行削坡減載,將進(jìn)一步減小傾倒變形體的擾動響應(yīng),最后配以合理的支護(hù)措施,保證傾倒變形體的長期穩(wěn)定。
【圖文】：

成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文寸為 6.5m×4.75m（寬×高）的泄洪設(shè)施；引水隧洞選用四機(jī)一洞的形式面，內(nèi)徑為 8.5m~8m；采用地面式電站廠房，并安裝 4 臺 250MW 水輪庫區(qū)兩岸和樞紐工程區(qū)地層巖性以鈣質(zhì)板巖和薄層的炭質(zhì)板巖為主，兩地發(fā)育，侵蝕作用強(qiáng)烈。兩岸發(fā)育的傾倒變形體深度較大，并已發(fā)生局進(jìn)入河谷。工程研究區(qū)域地質(zhì)活動頻率較高，內(nèi)外動力地質(zhì)作用強(qiáng)烈。并且，右岸壩肩邊坡處于壩址區(qū)重要部位，其穩(wěn)定性問題對工程建造響。目前右壩肩邊坡傾倒變形體的發(fā)育深度較大，風(fēng)化卸荷嚴(yán)重，對于存在巨大的安全威脅。所以，，針對特殊傾倒變形現(xiàn)象的分析，以及在不案下邊坡的變形破壞規(guī)律，對于保證水電站的安全建設(shè)具有重大意義似工程地質(zhì)問題提供一定的參考價值。

扎拉水電站工程概況圖
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV223.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2663995