雅砻江杨房沟水电站坝前旦波堆积体变形机理研究

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旦波堆积体位于雅砻江杨房沟水电站坝前右岸,为一地质结构、成因复杂的堆积体。前期研究表明,该堆积体在蓄水后将处于不稳定状态,一旦失稳将对大坝造成重大影响,故设计院对该堆积体采用上部清方+下部抗滑桩综合治理方案。在清方过程中,因连续降雨,堆积体上部局部(方量15万m3)于2017年7月14日开始出现明显的宏观变形并持续发展,至2017年11月,其后缘最大变形量达2.3m,给工程施工带来了较严重威胁。因此,研究该堆积体的变形机理对指导现场施工具有实际意义,同时对研究类似堆积体的变形机理具有一定的理论意义。通过现场调查与资料搜集,查明堆积体的基本特征及变形特征,分析堆积体的变形因素及变形机制,展开物理力学试验,研究岩土体的软化效应,并利用数值模拟软件量化研究堆积体的变形机理。获得如下主要认识:(1)堆积体呈“舌”形,东西长约560m,南北宽约330m,总方量约234万m3。堆积体下部(Ⅰ区)为多期次形成的崩坡积体,方量约99万m3;上部(Ⅱ区)主要为古滑坡堆积体,方量约135万m3。古滑坡体主要由揉皱强烈的板岩、炭质板岩及薄层状砂岩及块碎石土组成,结构松散;滑带分为上下两层,上层滑带为灰至深灰色含砾粉质粘土,厚0.51.0m,下层滑带为褐黄色碎石土,厚0.10.5m;滑床主要由变质砂岩和板岩组成。(2)变形体位于堆积体Ⅱ区中部,呈南北宽106m、东西长145m的钟形,方量约15万m3。变形体于2017年7月14日在高程2430m处开始出现弧形拉张裂缝,并向两侧扩展,于7月底在高程2400m处出现剪张裂缝并断续延伸,至2340m处尖灭。位移监测显示,其变形具有后缘大,向下逐渐减少的特征,表现为推移式滑坡的变形特征。经防水处理后,变形体于11月逐渐停止变形,此时后缘弧形裂缝最大下错位移达2.3m。(3)基于现场调查和监测资料分析,认为变形体是古滑坡体的局部复活。其中,堆积体的物质结构特征是主要内在因素,持续降雨与工程开挖是主要外部因素。施工便道的开挖改变了坡体形态,一定程度上降低了阻滑段的抗滑力;上部清方使滑带直接暴露于坡表,有利于地表水的入渗,大幅降低滑带的抗剪强度,导致老滑体局部的变形复活。(4)X粉晶衍射测试表明主滑带(上层滑带)粘土矿物含量高,主要为伊利石、绿泥石,占比近75%,水敏性高,软化效应明显。渗透试验表明滑体渗透系数为7.925×10-4,滑带渗透系数为2.44×10-7,两者悬殊的渗透性能有利于雨水快速入渗并于滑带处形成汇流。中型直剪试验表明,主滑带的软化效应明显,其C、φ值随含水率的增加而降低。含水率由天然状态逐渐增至饱和状态,其粘聚力由21.21kPa降至8.66kPa,最大降幅为59.1%;内摩擦角由21.87°降至13.71°,最大降幅为37.3%。持续降雨条件下,滑带抗剪强度的大幅衰减是堆积体变形的主导因素。(5)二维渗流数值模拟再现堆积体变形前25天持续降雨的渗流变化过程,随着降雨的持续,堆积体的暂态饱和区逐渐增大并相互贯通,使得地下水位不断抬升,并从坡顶向坡脚形成稳定渗流,形成动水压力和浮托力。耦合分析坡体的渗流场与稳定性,结果表明,随着降雨的持续,堆积体的稳定性不断降低,由1.078最终降至1.032,坡体处于欠稳定状态。(6)FLAC3D三维数值模拟分析结果显示:施工便道与上部堆积体的开挖,使得坡体表部的拉应力、坡体总位移、塑性区和剪应变增量都有所增加,加速了堆积体的蠕变,并提供了下滑临空面;降雨作用诱发堆积体失稳,堆积体的拉应力区、塑性区域以及总位移区主要分布在堆积体Ⅱ区,最大位移量为2.3m,且后缘大前缘小,与实际变形情况相符。
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