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当前我国正在建设或规划中的水电建设项目都不同程度的存在边坡稳定性问题,工程边坡的稳定性问题是水利工程中的重大问题,其中对坝址区边坡稳定性的研究尤为重要,它关系到坝址的选取以及采取合理的治理措施。因此坝址区边坡的稳定性研究对工程安全施工有重要的指导意义。
洛宁县渡洋河大石涧水源工程是我国河南省洛阳市洛宁县拟建的水利水电工程,主要任务是解决洛宁县优质烟叶生产基地烟田灌溉用水问题,同时改善当地人、畜饮水及相邻农田的灌溉问题。本论文依托于“洛宁县渡洋河大石涧水源工程可行性研究”项目,以坝址区边坡岩体为研究对象,通过野外工程地质勘察、室内地质资料统计分析和土工试验,运用数值模拟软件Flac-3D对坝址区边坡在不同工况条件下应力场、位移场进行了分析,同时运用强度折减法求解了不同工况下边坡安全系数。通过对坝址区边坡数值模拟和安全系数计算得知,坝址区边坡无整体滑动问题,仅需对边坡坡面进行防护,但坝址区仍存在一些主要工程地质问题,本文系统研究了坝址区存在的主要地质问题,并在此基础上进行了整治方案设计。
具体研究内容和研究成果如下:
1.数值模拟分析坝址区边坡在各工况下的应力位移分布:
(1)开展了坝址区边坡开挖前和开挖后应力位移特征分析,计算结果表明,边坡开挖后坝址区边坡应力和位移分布特征和开挖前类似,但边坡开挖导致坡体内应力场重新分布,大部分岩质边坡出现了明显的应力释放降低的现象,在开挖面附近尤为突出,边坡开挖前垂直河流方向和竖直方向最大应力从622.2KPa、1.82×103KPa降到了边坡开挖后的500.0KPa、1.64×103KPa,开挖前后坡体最大位移位置同时发生变化,从开挖前河床砂卵石层处最大变形7.0mm~7.34mm降为开挖后坡体右边界处最大变形5.5mm~5.52mm。
(2)开展了坝址区边坡开挖后正常蓄水位、设计洪水位下的应力位移特征分析,计算结果表明,坝址区边坡在水压力作用下坡体应力分布与开挖后没有蓄水类似,只是数值有所增加,但位移分布变化较大,出现了位移重分布的现象,但位移值变化范围较小,未产生总体或局部较大位移。
(3)开展了地震对大坝正常蓄水下坝址区边坡应力位移特征的影响,计算结果表明,在Ⅵ级地震下,坡体应力位移均发生了重分布,整个边坡变形位移矢量值均较大,其最大变形值为80.0mm~81.03mm,较正常蓄水位工况最大位移增长约14倍。
(4)开展了不同岩体组成材料下坝址区边坡应力位移特征分析,计算结果表明,坝址区边坡岩体材料弹性模量、粘聚力和内摩擦角分别减小10%、20%、30%工况下,对坝址区边坡坡体位移影响主次顺序分别为弹性模量、粘聚力和内摩擦角。
2.利用数值模拟软件Flac-3D开展了坝址区边坡安全系数的强度折减法求解,得到了不同工况下安全系数均大于水利水电工程边坡设计规范1.3的要求,坝址区边坡无整体滑动问题,仅需对边坡坡面进行防护。坝址区边坡开挖前安全系数为1.66,开挖后安全系数为3.21,正常蓄水位下安全系数为3.23,设计洪水位下安全系数为3.22,岩体材料参数减小10%下安全系数为2.81,岩体材料参数减小20%下安全系数为2.55,岩体材料参数减小30%下安全系数为2.19。
3.对坝址区边坡(基坑)稳定性问题,如坝基、坝肩渗漏问题,坝基抗滑稳定性问题等主要工程地质问题进行了评价,提出了坝肩帷幕灌浆设计方案和坝基固结灌浆设计方案。