基于岩体结构面特性的如美水电站右岸高边坡稳定性研究

发布时间：2020-07-13 09:55

【摘要】：高陡岩质边坡稳定性问题是高山峡谷区水电站建设面临和必须解决的关键工程地质问题。如美水电站,位于西藏境内的澜沧江昌都以下河段,是流域规划的7个梯级电站中的第5级,上游梯级为班达水电站,下游梯级为邦多水电站,目前该工程处于可行性研究阶段。如美电站右岸岸坡高达千余米,开挖边坡665m,坝顶以上永久边坡高达350m,地质环境复杂,主要表现为:结构面发育、风化卸荷强烈、碎裂松动岩体分布广。本文依托导师科研项目,综合利用现场地质调查、地质资料收集、室内(原位)试验、数理统计、理论分析、数值模拟等手段,以边坡岩体质量分级、运动学分析、边坡稳定性概率分级(SSPC)方法等为理论基础,对如美电站右岸坝肩高边坡稳定性进行了系统的研究,具有重要的理论价值和工程实际意义。取得的主要研究成果如下:(1)通过现场调查、数理统计、平硐数字成像解译等手段,系统研究了边坡岩体结构面发育特征,将岩体结构面分为确定性结构面和随机结构面。其中,确定性结构面主要包括地表长大裂隙、错动带及平硐揭露的小断层;随机结构面主要发育有3组,呈“两陡一缓”的发育特征。结合工程实际情况,建立了如美水电站边坡岩体结构面分级标准,右岸边坡主要发育Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级结构面。(2)结合室内岩石物理力学试验、现场岩体大剪试验,采用数理统计、优定斜率法、Heok-Brown估算等方法,综合确定给出了如美水电站不同岩体质量等级、不同风化卸荷状态对应的右岸边坡岩石、岩体物理力学参数,确定了硬性结构面、软弱结构面等不同类型结构面的抗剪强度参数。(3)将岩体块度指数RBI引入边坡岩体结构分类,基于钻孔、平硐内岩体块度指数RBI的统计,对边坡岩体结构进行了分类,结果表明:如美水电站右岸坝肩边坡岩体结构主要为次块状结构、镶嵌结构。(4)基于PD6、PDZ08、PDZ10等3个平硐详细地质编录,结合室内试验、现场声波测试,分别采用BQ法、RMR法、CSMR法进行了边坡岩体质量分级,分级结果表明:边坡岩体质量主要为Ⅲ级、Ⅳ级,BQ法、CSMR两种方法相关性较好。(5)基于PD6、PD2、PDZ10、PDZ42平硐地质编录数据,考虑结构面连通率,采用运动学分析对边坡稳定性及破坏模式进行研究。结果表明:PD6区域边坡,当结构面连通率45%时,边坡以楔形体和倾倒破坏为主;连通率45%时,边坡以倾倒破坏为主。PD2区域边坡,连通率≥30%时,边坡以倾倒破坏为主;连通率30%时,边坡处于稳定状态。PDZ10区域边坡,结构面连通率为40%、50%、70%、100%时,边坡以倾倒破坏为主,其他情况下,边坡处于稳定状态。PDZ42区域边坡,结构面连通率≥40%时,边坡以倾倒破坏为主;其他连通率情况下,边坡处于稳定状态。(6)结合运动学分析,基于赤平投影确定了各破坏模式下的边坡最大稳定坡角MSSA;在系统研究边坡工程地质条件的基础上,概化出了边坡典型地质模型,结合边坡已有变形破坏迹象调查及分析,预测边坡变形破坏模式主要为倾倒、滑移-拉裂。(7)将考虑破坏模式的SSPC方法引入到如美水电工程高陡边坡稳定性评价中,并将边坡破坏模式分为构造控制型和非构造控制型两类。结合水电工程边坡勘察特点,优化各指标选取方法,建立了基于平硐地质资料的水电工程边坡SSPC评价方法。分析结果表明,边坡开挖后破坏模式以沿陡倾角结构面倾倒为主,不存在非构造控制型的破坏,所得结果与运动学分析、数值模拟结果一致。本文主要创新点如下:(1)将考虑破坏模式的SSPC方法引入水电工程高陡边坡稳定性评价中,提出了基于平硐地质资料的水电工程边坡SSPC评价方法。(2)改进了原始SSPC方法岩石抗压强度、风化程度等评价指标的选取及确定方法,根据平硐声波测试结果实现了定量化评价边坡岩体风化程度,克服了相关指标选取的主观性,对临界坡高公式进行了优化并应用于如美电站右岸坝肩边坡的稳定性评价中。(3)基于平硐声波测试与现场岩体变形试验成果,通过Hoek-Brown准则反演确定了如美水电站边坡岩体GSI值与地震波波速的关系,丰富了SSPC方法中关于GSI取值的手段。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV223
【图文】：

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2.1 工程概况，位于西藏境内的澜沧江昌都以下河段，是流域规上游梯级为班达水电站，下游梯级为邦多水电站段。坝址（参考坐标：东经 98°19′12″，北纬 29°分别为 48km，390km，1350km。坝址区内无铁路达机场 246km，主要对外交通为公路。电站坝址附近路等通过，总体交通条件较好（图 2.1），但库区站控制流域面积 7.94 万 km2，坝址处多年平均流亿 m3，采用堤坝式开发。初拟水库正常蓄水位 2容 39.6 亿 m3，最大坝高约 315m，装机 2100MW标准及洪水标准》（SL252-2017），该工程等级）型。

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图 2.2 如美水电站坝址区概貌及枢纽布置效果图图 2.3 枢纽区右岸坝肩边坡平面图2.2 地形地貌工程区地势总体北高南低，地貌复杂。坝址所处河段河道弯曲，呈“S”型（图2.4），水流湍急，转弯段发育险滩，在中坝址河段，河流从上游容松沟口一带以S20oE 流向急转为 S84oE，约 1.5km 后流向转为 S12oE，以此流向流出坝址河段。

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坝址所处河段河道弯曲，呈“S”型（图2.4），水流湍急，转弯段发育险滩，在中坝址河段，河流从上游容松沟口一带以S20oE 流向急转为 S84oE，约 1.5km 后流向转为 S12oE，以此流向流出坝址河段。

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