某水电站业主营地变形机制及预测评价研究

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水电站业主营地坐落于老挝人民民主共和国,位于老挝北部的丰沙里省境内,自水电站2013年建成以来,一直正常运行,2016年宿舍楼局部出现开裂现象,营区食堂和办公楼之间的地表也出现开裂、下沉现象。2017年雨季期间,原有的裂缝仍在持续发展,宿舍楼B栋上、下挡墙等均出现变形开裂。至目前为止,办公楼墙面、篮球场挡墙均开始出现裂缝,开裂变形仍在持续中,且在雨季时斜坡常出现局部拉裂变形,如不采取高度重视,将对斜坡营地居民区的安全构成严重威胁,为了查明营地开裂原因,调查坡体的稳定性及变形趋势,论文开展了水电站业主营地变形机制及预测评价研究。本文通过现场地质调查、现场监测数据和无人机航拍的手段,对营地斜坡的地质结构特征与变形特征进行分析;通过营地建筑地基沉降计算结合FLAC3D数值模拟软件计算斜坡形变,综合分析得出营地斜坡的变形原因与机制;运用极限平衡法与Geo Studio、FLAC3D数值模拟软件对斜坡在不同工况下的斜坡稳定性进行了研究;拟合时间变量与位移值之间的关系,利用神经网络模型对营地斜坡未来半年的变形趋势进行了预测。主要成果和认识如下:(1)研究区地质结构特征为:营地场区上覆盖较厚的残坡积层,由粉土、粉质黏土和含碎石粉质黏土组成;营地场区残坡积层下伏为全风化层,由变质砂岩风化而成、全风化呈沙土状,空间分布较为均一,厚度大;全风化层下伏砂板岩,基覆界面呈靠椅状,前缘临空。(2)根据营地建筑及场地变形现象与监测点的观测结果,北东(NE)侧篮球场、办公楼既有沉降变形也有滑移变形,南西(SW)侧除宿舍楼B栋右侧由滑移变形与较大不均匀沉降造成多处明显拉裂的大变形破坏(与北东侧区域的变形趋势和量级基本一致)外其他区域只有微小的沉降变形。(3)通过由分层总和法与规范法计算营地建筑物地基承载力所造成的沉降量并与监测数据作对比,从而准确的判断分析出营地南西(SW)侧微小的沉降量是人工填土欠固结且厚度不均产生的差异沉降所导致,营地北东(NE)侧极大的沉降变形量是由斜坡滑移变形的分量导致。(4)运用FLAC3D数值计算软件模拟了营地斜坡在三种工况下的变形情况,通过数值计算掌握营地斜坡的变形过程;通过斜坡位移分布图、营地各监测点位移图,帮助判断营地斜坡的变形规模及原因。(5)综合分析得出营地斜坡变形机制:地面和建筑变形是由于地基土承载力和抗剪强度较低,降雨诱发而产生地基沉降(差异沉降)和深部剪切蠕变的共同作用结果,且以后者为主。地基沉降是由于地基土在附加应力作用下产生竖向压缩变形和固结而产生。水平位移是堆积体斜坡在建筑荷载和重力作用下沿基覆界面产生剪切蠕变的结果,主要为降雨诱发,剪切蠕变同时会存在少量的竖向变形分量。目前可以判定其为―似厚层土质斜坡‖变形体,判断其潜在滑坡变形模式为蠕滑-拉裂型,力学作用方式为推移式。(6)运用极限平衡法与Geo Studio、FLAC3D数值模拟软件对斜坡分别在天然、暴雨、地震工况下地表变形的破坏模式进行了研究:在天然工况下是稳定的;降雨工况下是属于欠稳定—基本稳定的;地震工况下是欠稳定—基本稳定的,且剪应变增量图显示三种工况都未贯通,稳定性较好。(7)采用BP神经网络模型,以26期数据作为训练的样本,通过计算机计算模拟预测出未来六个月变形的趋势,得出斜坡整体变形有变大的趋势,但是趋势逐渐放缓,会在未来某段时间内达到稳定。
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