快速隆升怒江上游松塔水电站坝区岩体结构特征研究
发布时间：2020-11-12 09:55
拟建松塔水电站位于青藏高原东南缘怒江上游干流河段，设计坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高318m，装机容量3600MW，建成之后将成为世界上最高的拱坝。自第四纪更新世以来，伴随着青藏高原的快速隆升，工程区构造活动剧烈，河谷下切能力增强，形成了典型的高山峡谷地貌。坝区出露岩性主要为燕山期黑云二长花岗岩。受内外动力地质作用的影响，岩体内发育有大量的裂隙，使得岩体结构复杂化。超高的坝体高度对坝区岩体结构稳定性提出了更高的要求。在大型水利水电工程中，复杂的岩体结构被认为是控制大坝构筑物稳定性的主要因素。因此，对松塔水电站坝区岩体结构特征展开研究，对整个工程的可行性、安全性及经济性而言具有重要的意义。 本文以松塔水电站工程为依托，以“岩体结构控制论”为基本思想，在从坝区中低高程33个勘测平硐中获取的大量裂隙数据的基础上，从不同角度对岩体结构特征及其评价方法进行研究。论文主要研究内容及成果如下： 1.以详实的结构面调查资料为基础，对坝址区结构面的工程地质特性进行分析，研究结构面空间分布规律，获得坝区结构面基本特征：（1）坝区左、右岸陡倾角裂隙均以NE-NEE走向为主，两岸中缓倾角裂隙走向基本一致，大致与岸坡走向平行，但倾向相反，均倾向坡外；（2）两岸裂隙张开度具有相同的分布特征，大多数裂隙处于闭合状态，闭合型裂隙占裂隙总数的70%以上，只有极少数裂隙的张开度大于10mm；（3）两岸岩体中裂隙的延续性情况总体分布趋势一致，均以低延续性为主，其次为很低延续性；（4）两岸岩体裂隙粗糙度类型均以波状粗糙为主，其次为平直粗糙和波状稍糙；（5）裂隙地下水类型表现为由干燥到股状流水依次减少，两岸地下水状况基本一致；（6）工程场区内以无充填裂隙所占比例为最多，其次为泥质物；（7）裂隙风化与蚀变特征表现为右岸裂隙以轻微褪色为主，左岸裂隙以轻微和中度褪色为主；（8）总体来看，左岸裂隙间距稍大于右岸裂隙间距，坝区发育占优势的裂隙组（NNW-SN组、NNE组和NE-NEE组）所对应的平均间距明显小于发育不占优势的裂隙组间距。 2.对岩体结构评价的关键问题展开研究。对岩体结构统计均质区进行研究，首先以裂隙产状作为切入点，采用非参数检验统计学方法，论文提出一种基于裂隙产状的岩体结构统计均质区划分方法；在单参数岩体结构统计均质区划分的基础上，充分考虑裂隙的多个参数（包括裂隙产状、迹长、出露端点类型、张开、粗糙度、充填物类型、间距、地下水状况和风化与蚀变程度等9个参数），提出多参数岩体结构统计均质区的划分方法。此外，研究结构面优势分组中距离测度的选取和聚类中心的计算等关键问题，并提出基于全局最优的结构面优势分组新方法，即粒子群优化K均值聚类算法。 3.在对岩体结构特征进行描述的基础上，通过概率论与数理统计、随机数学方法以及蒙特卡罗模拟，利用平硐中获取的二维结构面信息，构建岩体复杂裂隙网络三维模型，通过可视化操作实现复杂裂隙之间相互交切关系的直观认知。 4.基于三维网络模拟技术，研究岩体裂隙网络的三维连通性计算方法，探讨结构面参数对连通性的影响；基于连通性，分析岩体结构的尺寸效应和空间效应，并对岩体结构表征单元体展开研究。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TV223
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
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 岩体结构统计均质区划分
1.2.2 岩体结构面优势分组
1.2.3 岩体裂隙网络模拟技术应用
1.2.4 岩体裂隙网络连通性
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
1.4 论文的主要创新点
第2章 研究区工程地质背景
2.1 工程概况
2.2 地形地貌
2.3 地层岩性
2.4 地质构造
2.5 区域地壳隆升特征
2.5.1 青藏高原隆升背景
2.5.2 青藏高原隆升与怒江河谷形成
2.6 水文地质条件
第3章 坝区结构面调查及其总体发育特征
3.1 坝区结构面分级
3.1.1 坝区结构面的主要类型
3.1.2 坝区结构面分级
V 级结构面描述及调查方法'> 3.2 IVV 级结构面描述及调查方法
V 级结构面描述指标'> 3.2.1 IVV 级结构面描述指标
V 级结构面调查方法'> 3.2.2 IVV 级结构面调查方法
3.3 坝区结构面的总体发育特征
3.3.1 产状分析
3.3.2 张开度分析
3.3.3 延续性分析
3.3.4 粗糙度分析
3.3.5 地下水状况
3.3.6 充填物分析
3.3.7 风化与蚀变分析
3.3.8 间距分析
3.4 岩体结构特征与青藏高原快速隆升地质背景的关联性分析
3.4.1 河谷应力场的基本特征及破裂面基本类型
3.4.2 坝区表生改造型中缓倾角裂隙典型现象
3.4.3 表生改造型中缓倾角裂隙的空间分布特征
3.4.5 坝区表生改造型中缓倾角裂隙成因初探
3.5 小结
第4章 岩体结构统计均质区划分
4.1 基于裂隙产状的岩体结构统计均质区划分
4.1.1 裂隙产状数据处理
4.1.2 非参数检验
4.1.3 单参数岩体结构统计均质区划分
4.2 多参数岩体结构统计均质区划分
4.2.1 参数处理
4.2.2 相关系数法
4.2.3 层次分析法（AHP）
4.2.4 多参数岩体结构统计均质区划分
第5章 岩体结构面优势分组方法研究
5.1 产状数据的表征方法
5.2 K-均值聚类算法
5.2.1 K-均值方法
5.2.2 距离函数的选择与聚类中心的计算
5.3 粒子群算法（PSO）
5.4 粒子群优化 K-均值聚类算法（KPSO）
5.5 基于 KPSO 算法的岩体结构面优势分组
5.5.1 模拟数据的分组
5.5.2 野外实测数据的分组
第6章 岩体三维裂隙网络连通性计算
6.1 岩体结构三维网络模拟
6.2 三维连通性计算方法
6.3 岩体三维连通性分析
6.3.1 裂隙产状对连通性的影响
6.3.2 裂隙尺寸对连通性的影响
6.4 岩体三维连通性参数的尺寸效应和空间效应
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 建议
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】
本文编号：2880602
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TV223
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
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 岩体结构统计均质区划分
1.2.2 岩体结构面优势分组
1.2.3 岩体裂隙网络模拟技术应用
1.2.4 岩体裂隙网络连通性
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
1.4 论文的主要创新点
第2章 研究区工程地质背景
2.1 工程概况
2.2 地形地貌
2.3 地层岩性
2.4 地质构造
2.5 区域地壳隆升特征
2.5.1 青藏高原隆升背景
2.5.2 青藏高原隆升与怒江河谷形成
2.6 水文地质条件
第3章 坝区结构面调查及其总体发育特征
3.1 坝区结构面分级
3.1.1 坝区结构面的主要类型
3.1.2 坝区结构面分级
V 级结构面描述及调查方法'> 3.2 IVV 级结构面描述及调查方法
V 级结构面描述指标'> 3.2.1 IVV 级结构面描述指标
V 级结构面调查方法'> 3.2.2 IVV 级结构面调查方法
3.3 坝区结构面的总体发育特征
3.3.1 产状分析
3.3.2 张开度分析
3.3.3 延续性分析
3.3.4 粗糙度分析
3.3.5 地下水状况
3.3.6 充填物分析
3.3.7 风化与蚀变分析
3.3.8 间距分析
3.4 岩体结构特征与青藏高原快速隆升地质背景的关联性分析
3.4.1 河谷应力场的基本特征及破裂面基本类型
3.4.2 坝区表生改造型中缓倾角裂隙典型现象
3.4.3 表生改造型中缓倾角裂隙的空间分布特征
3.4.5 坝区表生改造型中缓倾角裂隙成因初探
3.5 小结
第4章 岩体结构统计均质区划分
4.1 基于裂隙产状的岩体结构统计均质区划分
4.1.1 裂隙产状数据处理
4.1.2 非参数检验
4.1.3 单参数岩体结构统计均质区划分
4.2 多参数岩体结构统计均质区划分
4.2.1 参数处理
4.2.2 相关系数法
4.2.3 层次分析法（AHP）
4.2.4 多参数岩体结构统计均质区划分
第5章 岩体结构面优势分组方法研究
5.1 产状数据的表征方法
5.2 K-均值聚类算法
5.2.1 K-均值方法
5.2.2 距离函数的选择与聚类中心的计算
5.3 粒子群算法（PSO）
5.4 粒子群优化 K-均值聚类算法（KPSO）
5.5 基于 KPSO 算法的岩体结构面优势分组
5.5.1 模拟数据的分组
5.5.2 野外实测数据的分组
第6章 岩体三维裂隙网络连通性计算
6.1 岩体结构三维网络模拟
6.2 三维连通性计算方法
6.3 岩体三维连通性分析
6.3.1 裂隙产状对连通性的影响
6.3.2 裂隙尺寸对连通性的影响
6.4 岩体三维连通性参数的尺寸效应和空间效应
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 建议
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】
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本文编号：2880602
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