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泄洪雾化是水电站调峰泄洪时产生的一种强雨雾现象,其形成的雾化雨强度常常能达到特大暴雨以上的强度。这种雾化雨入渗到裂隙岩体边坡中,其物理力学作用将对边坡造成严重的影响。随着我国各种大型、超大型水电工程的建设,开挖高边坡工程也随之出现,降雨或雾化雨入渗作用,都直接威胁着这些岩质高边坡的变形、稳定性。
本文从裂隙岩体水力学基本原理出发,在分析已有研究成果的基础上,结合瀑布沟水电站溢洪道出口陡槽段边坡基础地质资料,通过对裂隙几何参数的统计,运用蒙特卡罗(MonteCarlo)随机模拟的方法,生成了二维裂隙网络。对裂隙岩体渗流等效连续介质模型及其应用的必要条件做了详细分析,确定了裂隙岩体饱和渗透系数张量。通过相似工程类比的方法,确定了裂隙岩体的非饱和水力学参数。根据该边坡泄洪雾化及边坡变形监测资料,对泄洪雾化因子做了较深入的分析,选取典型的边坡计算剖面。运用有限元分析软件,对边坡在泄洪雾化条件下的渗流及边坡变形进行计算,通过对上述计算结果的分析得出如下认识:
(1)裂隙岩体是一种非均质各向异性的介质材料,地下水在其中的渗流体现出了高度的各向异性,通过渗透系数张量理论,裂隙岩体渗流的各向异性即能得到较全面的体现。
(2)在实际工程中,等效连续介质模型应用的首要前提是确定表征单元体(REV)的存在性及大小。一般的,当裂隙岩体中裂隙延伸在10~20m之间时,裂隙平均间距小于4m的情况下,表征单元体(REV)都能被找到。
(3)通过裂隙几何参数统计、相似工程类比的方法确定的裂隙岩体饱和、非饱和水力学参数,在结合实际工程的应用中,均表现较为适宜,计算结果可靠度较好。通过这种思路、方法,对裂隙岩体在雾化雨入渗条件下的计算分析具有方便、快捷的特点,在一定程度上能够指导工程的安全运行。
(4)通过对雾化雨入渗条件下,边坡渗流的计算分析结果可以看出。由于坡体内部地下水埋深较大,在各工况条件下,雾化雨入渗对边坡稳定地下水位影响不大,仅在边坡浅表层裂隙岩体形成暂态饱和区。并且,暂态饱和区的形成除了与雾化雨入渗量及入渗持续时间有关系外,还与坡体结构密切相关。在坡体上部有渗透性较强的堆积体存在的部位,以及坡体下部有渗透性较强的辉绿岩脉入侵体存在的部位较容易形成暂态饱和区。当泄洪雾化停止后,渗透性较强的堆积体及辉绿岩脉入侵体中的暂态饱和地下水能在较快的时间内消散,而渗透性相对较弱的Ⅳ~Ⅴ类裂隙岩体中的暂态饱和地下水则需要较长的时间来完成消散。
(5)在雾化雨入渗计算分析的基础上,通过单向耦合地下水的方法对边坡变形进行了有限元计算分析。从计算的结果中发现,边坡变形与裂隙岩体中形成的暂态饱和区范围及坡体结构密切相关。边坡X方向最大位移均出现在坡体下部辉绿岩脉入侵体附近,最大位移在2.3~2.5cm之间,可适当加强该部位监测工作。
本文从裂隙岩体水力学基本原理出发,在分析已有研究成果的基础上,结合瀑布沟水电站溢洪道出口陡槽段边坡基础地质资料,通过对裂隙几何参数的统计,运用蒙特卡罗(MonteCarlo)随机模拟的方法,生成了二维裂隙网络。对裂隙岩体渗流等效连续介质模型及其应用的必要条件做了详细分析,确定了裂隙岩体饱和渗透系数张量。通过相似工程类比的方法,确定了裂隙岩体的非饱和水力学参数。根据该边坡泄洪雾化及边坡变形监测资料,对泄洪雾化因子做了较深入的分析,选取典型的边坡计算剖面。运用有限元分析软件,对边坡在泄洪雾化条件下的渗流及边坡变形进行计算,通过对上述计算结果的分析得出如下认识:
(1)裂隙岩体是一种非均质各向异性的介质材料,地下水在其中的渗流体现出了高度的各向异性,通过渗透系数张量理论,裂隙岩体渗流的各向异性即能得到较全面的体现。
(2)在实际工程中,等效连续介质模型应用的首要前提是确定表征单元体(REV)的存在性及大小。一般的,当裂隙岩体中裂隙延伸在10~20m之间时,裂隙平均间距小于4m的情况下,表征单元体(REV)都能被找到。
(3)通过裂隙几何参数统计、相似工程类比的方法确定的裂隙岩体饱和、非饱和水力学参数,在结合实际工程的应用中,均表现较为适宜,计算结果可靠度较好。通过这种思路、方法,对裂隙岩体在雾化雨入渗条件下的计算分析具有方便、快捷的特点,在一定程度上能够指导工程的安全运行。
(4)通过对雾化雨入渗条件下,边坡渗流的计算分析结果可以看出。由于坡体内部地下水埋深较大,在各工况条件下,雾化雨入渗对边坡稳定地下水位影响不大,仅在边坡浅表层裂隙岩体形成暂态饱和区。并且,暂态饱和区的形成除了与雾化雨入渗量及入渗持续时间有关系外,还与坡体结构密切相关。在坡体上部有渗透性较强的堆积体存在的部位,以及坡体下部有渗透性较强的辉绿岩脉入侵体存在的部位较容易形成暂态饱和区。当泄洪雾化停止后,渗透性较强的堆积体及辉绿岩脉入侵体中的暂态饱和地下水能在较快的时间内消散,而渗透性相对较弱的Ⅳ~Ⅴ类裂隙岩体中的暂态饱和地下水则需要较长的时间来完成消散。
(5)在雾化雨入渗计算分析的基础上,通过单向耦合地下水的方法对边坡变形进行了有限元计算分析。从计算的结果中发现,边坡变形与裂隙岩体中形成的暂态饱和区范围及坡体结构密切相关。边坡X方向最大位移均出现在坡体下部辉绿岩脉入侵体附近,最大位移在2.3~2.5cm之间,可适当加强该部位监测工作。