高地应力区工程工程卸荷边坡变形破坏机理及其预测预警研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiansong2001
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在西南地区的大型基础建设中,特别是大型水电站、隧道等建设,往往涉及到高山峡谷地貌,高陡岩质边坡的大范围卸荷松动变形,己成为众多工程项目普遍遇到的工程地质问题。高陡边坡在地质历史构造过程中往往赋存了较高的地应力,而后期的新构造运动、人类工程活动以及河流的冲刷下切,相对于原岩体均可被视为卸荷作用,往往引发边坡内部的高地应力释放,产生应力重分布,致使边坡内部生成大量的卸荷裂隙、卸荷断层带,造成岩体的工程性质复杂多变,盲目的工程活动,常常会引起边坡的失稳破坏,给工程建设和人类的生命财产带来危害。因此,对高地应力区边坡的变形特性及失稳破坏机理进行深入研究,并对影响边坡失稳的关键因素进行量化分析,得出失稳预测预警判据,显得尤为重要,可为工程的施工、建设提供实际的指导意义。锦屏一级水电站,是雅砻江干流上的重要梯级电站之一,地处青藏高原向四川盆地过度的斜坡地带,由于青藏高原板块运动向东推移以及坝区的谷坡高陡,形成了坝区的高地应力现象,本文以锦屏一级水电站左岸反倾边坡作为研究对象,在结合室内试验研究的基础上,运用数值模拟技术,开展高地应力边坡在卸荷作用下的变形破坏机理研究,并对该区域高陡边坡的安全性做出预测预警评价指标。本文的研究内容及成果概述如下:(1)根据现场地质调查、室内试验,研究了锦屏一级水电站附近区域的高陡边坡形态、结构面、节理、卸荷节理、裂隙等分布特点以及岩体力学参数,并对锦屏地区的地质结构进行了客观的分析,得出对坝址区域高边坡影响较大的软弱地质结构主要有斑煌岩脉以及F5、F8断层等,而且工程区边坡在构造应力、沟谷下切、工程开挖等卸荷作用下,深部裂隙极为发育。根据对大奔流沟料场施工现场270条节理统计分析得出,工程区的存在两组优势软弱节理面,走向分别为NE2°、SE85°,对工程边坡的安全存在较大危害性。(2)在结合多元线性回归分析方法的基础上,利用数值模拟技术建立三维地质模型,对锦屏坝址区域进行大范围的地应力反演分析,研究得出锦屏地区地应力整体上随着高程的增加而减小,在浅地表部位主要受自重应力影响,深部主要受构造应力作用,水平方向上的地应力数值随水平深度的增加而增大,在河谷岸坡中下部地应力量值较大,出现应力集中现象,对水电站两岸的边坡开挖具有较大影响。(3)依据三轴卸荷试验,研究了砂岩的卸荷变形破坏机理。根据研究结果,确立了岩体在卸荷条件下的弹性-延性-扩容-破坏的变形机制,并详细分析了各变形段的变形机理。同时,还得出在卸荷条件下,砂岩的变形模量E随着围压σ3的增大而增加,泊松比u随着围压σ3的增大而减小。(4)以坝址区左岸V-V(0+137)工程剖面为实例,运用UDEC软件建立地质模型,并根据地应力反演值,将8MPa的地应力施加于模型边界,来研究工程开挖卸荷作用对高地应力边坡的影响。结果表明,其变形破坏机理为主要表现为两个方面:一、开挖会致使坡体内地应力的释放、分异、重分布,应力释放致使开挖断面附近出现应力集中、卸荷回弹、鼓胀变形、大量卸荷裂隙等现象;在坡体深部会引起岩体松动变形、剪切错动。应力重分布,使内部出现应力不均,在高应力地带会出现片帮、饼状岩心等,当深部开挖时,如果大量的地应力突然释放,,会发生岩爆现象。二、边坡上盘岩体经卸荷回弹后又在下部块体的重力拉动作用下,发生轻微的下错或转动,挤压坡体内的软弱结构带,当压力足够时,会剪断坡面发生大面积滑动。(5)锦屏地区的岩质边坡中发育着各种断层、卸荷节理裂隙、斑煌岩脉、层理等不良地质体,降低了边坡的工程性质。依据坝址区左岸边坡的典型剖面Ⅱ1-Ⅱ1,在考虑F5、F8、F42-9,斑煌岩脉等不良地质构造体以及地应力的情况下,运用UDEC数值模拟软件,分析了卸荷节理距坡面的距离、岩层倾角、岩层厚度、以及库水位对边坡稳定性影响机制,并确定了各单因素下的失稳预测阀值。最后,运用正交试验法,研究了上述四种因素综合作用下,诱发边坡的失稳的多因素阀值,分析得出,在不考虑库水位时,最危险的组合为卸荷节理距边坡为d=30m、岩层厚度为H=40m,岩层倾角为a=-65。:当考虑库水位变化时,最危险组合为d=30m、H=40m,a=.65°,G=1880m,以此为依据,对锦屏地区的高地应力边坡做出预测预警信息指标。
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