河流快速下切对岸坡岩体卸荷深度的影响研究

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我国西南地区位于青藏高原的东侧,近百万年来受青藏高原持续隆升的影响,在青藏高原与云贵高原和四川盆地之间形成了总体呈南北走向的巨大的大陆地形坡降带,澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河等河流在该地区强烈的快速下切作用,形成了高山峡谷特殊地貌,与其他地区相比,该地区具有地应力量值高、河流下切速度快、下切深度大的特点。在河流快速下切的作用下,河谷岸坡的巨大应力迅速得到释放,引发岸坡岩体产生剧烈的卸荷变形。为探究河流快速下切对岸坡岩体卸荷的影响,本文通过分析西南地区33个水电边坡资料并结合澜沧江古水水电站实地调查,对西南深切河谷地区岸坡岩体的卸荷特征及其影响因素进行了深入的分析;根据河流的演化过程建立了河流快速下切的概化模型,结合底摩擦物理实验和FLAC3D有限差分数值分析探讨了河流快速下切过程中岸坡岩体的卸荷机理,以及河流迁移方式和高地应力对岸坡岩体卸荷的影响。本文主要得到了以下结论:(1)伴随着河流的快速下切,西南深切河谷地区岸坡由表及里往往形成强卸荷带、弱卸荷带和原岩结构区,岸坡应力场往往也形成应力松弛带、应力增高带和原岩应力区。卸荷过程中形成的卸荷裂隙大多与坡面近于平行,张开度一般在数毫米至数十厘米之间,延伸长度从数十厘米至数百米不等。(2)调查统计结果表明,西南深切河谷地区岸坡岩体强卸荷深度一般在50-150m之间,弱卸荷深度一般在80-250m之间,且具有以下典型特征:一是其卸荷深度普遍较大;二是河流上游岩体的卸荷深度一般比下游大;三是同一地区靠近河床部位的卸荷深度往往远小于高高程部位的岩体卸荷深度;四是河流凹岸的卸荷深度往往小于相对的凸岸卸荷深度;五是高地应力地区的岩体卸荷深度大都较大。根据卸荷深度的统计结果,建议按照图3-20和公式3-1至3-16估算西南深切河谷地区两岸岩体的卸荷深度。(3)河流快速下切的物理实验和数值分析结果表明,伴随着河流的逐步下切,河谷应力场重新分布,岩体的最大主应力与最小主应力之差增大,当再分布应力超过岩体强度时,岸坡岩体就会发生断裂。分析卸荷的发育特征发现,河流下切深度越深,岸坡岩体的卸荷深度也越深;同一下切阶段的河谷,拔河高度越高的部位卸荷深度也越深。根据岸坡岩体的破裂时的应力状态不同,可以将岩体的卸荷类型分为单向拉裂破坏、压致拉裂破坏、剪切破坏三种类型。(4)河流偏移-下切的物理实验和数值分析结果显示,河流的偏移下切会造成河谷两岸应力状态不同,凸岸岩体的应力释放更为充分;分析岸坡岩体卸荷的发育特征,可以发现凸岸岩体的卸荷变形更为强烈、卸荷分布区域更大,卸荷变形的位移量也更大。(5)地应力-河流下切的有限差分数值计算结果显示,在河流下切的过程中,随着地应力量值的增大,岸坡岩体的卸荷深度、位移量也随之增大;较高的地应力会导致谷底部形成“高应力包”,引起河谷底部的岩体卸荷破裂。
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