黄河炳灵水电站坝址区右岸边坡稳定性研究

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水电站坝肩边坡的变形破坏是一个复杂的过程,影响因素众多。对于水电边坡开挖前期,岩体开挖的扰动及卸荷是导致边坡失稳的普遍和重要因素,而对于已长期运行投产的水电站,边坡的变形往往由长期蠕变形成的,因此研究边坡岩体开挖以及长期蠕变下的稳定性对于边坡开挖工程设计、支护处理措施建议等具有重要的指导意义。本文以黄河炳灵水电站坝址区右岸边坡监测数据为基础,结合现场调查,选择合理断面进行蠕变参数反馈研究,并对坝址区右岸边坡的稳定性进行了详细研究,具体研究内容和成果如下:(1)通过对坝址区结构面特征进行详细分析,完成了坝址区结构面分级;依据坝址区岩体风化、卸荷特征,对坝址区边坡风化带、卸荷带进行了详细划分;基于坝址区边坡变形破坏特征以及监测资料,提出了合理分区和定性评价,右岸坝肩开挖系统支护区(Ⅰ区)目前稳定性较好,未发生变形破坏,尾水渠内侧系统未支护区(Ⅱ区)目前整体处于稳定状态,局部块状岩体有失稳的可能。(2)运用极限刚体平衡法对右岸边坡的确定性块体进行稳定性计算,计算得出Ⅰ区边坡所组成的确定性块体在不同工况下均为稳定;Ⅱ区边坡L304长大裂隙组成的块体6在暴雨工况及地震工况下的稳定性系数为1.048和1.022,为欠稳定状态;使用边坡块体稳定性分析软件Swedge对不同类型的局部随机块体在不同工况下的稳定性进行计算分析,发现右岸坝肩边坡中,大多数硬性结构面组合的随机块体基本较为稳定。(3)确定待研究断面的岩体蠕变参数范围,制定合理的训练计算方案。使用有限差分软件FLAC3D计算反演所需的训练样本,根据BP-神经网络的数据要求,完成训练样本的神经网络训练,最后将反演断面的监测数据代入神经网络进行回归计算,得到坝址区右岸边坡岩体的蠕变参数。(4)通过对坝址区右岸边坡岩体蠕变计算得出开挖边坡的蠕变特征主要分为三个阶段:开挖瞬间,岩体应力快速释放,开挖面附近岩体将产生瞬间变形,变形速率较大,在蠕变曲线中该段描述为岩体的瞬时弹性应变和瞬时塑性应变;随后边坡岩体变形进入减速阶段,逐渐向变形速率稳定阶段过渡;最后,开挖边坡岩体进入稳定蠕变阶段,岩体变形速率基本保持不变。(5)使用数值分析方法对坝址区右岸边坡进行稳定性定量评价,可以得出,开挖系统支护区(Ⅰ区)边坡为稳定状态,Ⅱ区边坡由于开挖后未进行支护,在暴雨、地震工况下虽然边坡整体处于稳定状态,但局部由长大裂隙切割的块状岩体具有失稳的可能性。(6)对Ⅱ区边坡提出合理的支护措施建议,对边坡进行系统喷锚支护,限制裂隙的进一步扩展;通过有限差分数值模拟计算支护边坡在不同工况下的稳定性,支护边坡的稳定性较支护前具有显著提升,验证了Ⅱ区边坡锚索系统支护方法具有一定的可靠性。
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