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随着中国水电能源开发战略的实施,西南地区建立起一大批大型水利水电工程。这些水电工程所处地区的地质条件恶劣,加之蓄水阶段库水位变化大,使这些水电工程所伴随的高陡岩质边坡稳定性问题尤为突出。因此,高陡岩质边坡蓄水期的变形破坏规律以及稳定性的研究非常重要。 本文围绕着“高陡岩质边坡蓄水期的稳定性”这一科学问题,以大岗山水电站右岸边坡为工程背景,开展了蓄水期的微震监测及数值仿真试验。通过微震监测结果及数值仿真试验,展现了水电高陡岩质边坡蓄水期渐进性破坏的过程,探讨了水电高陡岩质边坡蓄水期发生损伤的机理,揭示了水电高陡岩质边坡蓄水期微震活动特征,评价了水电高陡岩质边坡蓄水期稳定性。此外,将微震监测与地震预报理论结合,提出了一个边坡失稳预警的指标,为类似大型水电工程高陡岩质边坡蓄水期失稳预警提供了新思路。本文主要的研究成果如下: (1)在“以提高材料参数的方式来等效锚索对边坡的加固效果”思路的指导下,通过数值模拟获得了大岗山水电站右岸边坡锚索加固区等效的材料属性。计算结果表明:调高锚索加固区内材料的内聚力、内摩擦角和弹性模量,可以起到等效锚索加固的效果。其中,提高内聚力、内摩擦角对等效加固的效果不明显,提高弹性模量对等效加固的效果明显。 (2)首次将微震监测技术应用于蓄水期高陡岩质边坡的稳定性监测。根据微震活动的时空分布规律、地震变形演化规律和能量密度演化规律,圈定了库水位上升阶段右岸边坡的主要损伤区域。同时,采用数值仿真试验模拟了库水位上升的过程,探讨了库水位上升阶段边坡发生微破裂的机理。研究结果表明:在库水位上升阶段,1240m、1210m、1180m和1150m高程抗剪洞起到了抵抗边坡内软弱结构面发生剪切破坏的作用,因此在该区域出现明显的微震活动。 (3)根据实际监测到的微震活动规律,圈定了库水位稳定后右岸边坡的主要损伤区域。同时,采用数值仿真试验模拟了边坡内发生局部渗流破坏的过程,探讨了库水位稳定后边坡发生微破裂的机理。研究结果表明:在库水位稳定后,辉绿岩脉β62、β68和β83以及连接它们的断层发生了渗流破坏,从而引发了岩石微破裂的发生。 (4)基于能量耗散原理与边坡渐进性破坏的观点,采用数值方法计算了库水位上升阶段右岸边坡考虑渐进性微震损伤效应的安全系数。计算结果表明:边坡的安全系数随着库水位的升高而降低,并且当边坡内发生大能量破坏事件时,边坡的安全系数降低明显。最终的边坡安全系数为1.76,满足规范要求,因此,在库水位上升阶段,大岗山水电站右岸边坡状态稳定。 (5)基于有效应力原理和微震监测结果,采用数值方法计算了库水位稳定后右岸边坡的安全系数。计算结果表明:由于边坡内发生了局部渗流,导致边坡安全系数有所降低。考虑有效应力原理时边坡的安全系数为1.94,满足规范要求,说明在库水位稳定后,大岗山水电站右岸边坡状态稳定。 (6)将微震监测信息与加卸载响应比理论结合,计算了库水位上升阶段和库水位稳定后的加卸载响应比变化,并提出将加卸载响应比作为高陡岩质边坡蓄水期失稳的预警指标。加卸载响应比作为预警指标的预警方法:当加卸载响应比大于1.0时,边坡出现较大损伤;当加卸载响应比持续增大,说明边坡出现更大程度的损伤,边坡有失稳的风险,应当预警。