四川美姑联合水库右坝肩堆积体成因及稳定性研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjbme2010
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该堆积体位于美姑联合水库右岸坝肩,总方量约609.1×10~4m~3。伴随坡体的开挖,右岸坝肩边坡出现小规模的滑塌并在滑塌后缘产生多条裂缝,随着工程的持续推进,其裂缝有继续扩大、延伸的趋势,坡体呈现牵引式变形破坏特征。联合水库总库容较小,堆积体规模较大,一旦整体或局部失稳,则可能造成水库淤积、溃坝等灾害,严重威胁坡体上居民及下游营地人员和设备安全。因此,对联合水库右坝肩堆积体地质背景、基本特征、成因机制和稳定性研究,对保障水库的安全运营非常必要。论文以美姑联合水库右岸坝肩边坡稳定性研究专题为依托,在详细查阅国内外关于堆积体成因机制、开挖变形特征、降雨和库水位变动下稳定性分析研究现状的基础之上,通过对堆积体现场调查、勘探,结合室内外试验分析,对堆积体所处的地质背景及其形态特征、边界条件、物质组成和结构特征等进行研究,分析了堆积体及其变形的影响因素和成因机制,最后通过地质宏观定性判断和极限平衡定量计算,系统研究了堆积体在降雨、库水位变动等工况下的稳定性,为联合水库的安全运营提供地质依据。具体的研究内容和成果如下:(1)现场勘查及钻探揭示堆积体沿NWW方向展布,前后缘高程差最大可达100m,坡度在14~22°之间,总体积约609.1×10~4m~3,主要由原始斜坡滑动后堆积的碎石土组成。(2)根据物质组成与结构、变形破坏特征等将堆积体划分成I、II、III区,其中II区又分为II1、II2区两个亚区;I、II1、III区变形迹象少,II2区前缘出现滑塌,裂缝发育,并呈现逐渐向变形边坡后缘甚至堆积体斜坡中后部扩展趋势。(3)采用室内试验、数理统计、经验公式、参数反演等方法研究了堆积体岩土体的力学性质。收集了近300个具有相似特点的工程实例,通过数理统计方式获得堆积体碎石土具有普遍代表性的强度参数;基于试验和有限元的强度参数反演分析的方法及其获得的碎石土力学参数的经验公式,可供类似工程参考。(4)以“地质过程机制分析”为指导思想,对堆积体形成的影响因素及演化过程进行了仔细剖析,结果显示:影响因素主要为三面临空的地形地貌、缓倾坡外的砂岩和泥岩互层的岩性特征、炭质页岩夹煤层的软弱带;其形成演化过程基本经历了以下四个阶段:河谷下切,岩体卸荷、回弹,后缘拉裂阶段→拉裂面自上而下不断扩展,最终贯通阶段→暴雨或地震触发,斜坡沿软弱面发生顺层滑动阶段→后期流水搬运、冲蚀及人类工程活动改造阶段,其变形破坏模式为滑移(蠕滑)-拉裂式。(5)以地质历史分析为主导,辅以数值模拟,研究了堆积体II2区斜坡变形破坏过程,结果表明:II2区坡体变形破坏的主要影响因素为前缘开挖形成良好的临空条件、松散的岩土体及降雨的诱发,其变形破坏过程基本经历了以下三个阶段:开挖卸荷、回弹,局部拉裂、蠕滑阶段→前缘局部滑塌解体阶段→后缘拉裂变形阶段,其变形破坏模式为蠕滑-拉裂式。(6)地质宏观定性分析认为堆积体I区、III区整体稳定性好;II2区在降雨及地震等工况下有较大失稳的可能。极限平衡法定量计算表明堆积体I区最不利工况下整体及局部稳定性系数均满足安全标准,II区开挖后最不利工况下整体处于基本稳定状态,沿裂缝L1潜在滑体地震及暴雨工况下可能失稳,蓄水后则处于极限平衡~欠稳定状态。(7)基于有限元及刚体极限平衡分析结果显示:不同降雨强度对堆积体整体稳定性影响有限,对沿L1潜在滑体稳定性影响较大。随着降雨强度的增加,潜在滑体稳定性将从基本稳定状态转变为欠稳定状态,甚至发生失稳破坏。随着降雨时间的增加,堆积体稳定性系数减小的速率呈现慢-快-慢趋势。一次强降雨下堆积体稳定性系数呈现快速下降-快速增加-缓慢增加的变化特点。库水位上升过程中对堆积体的稳定性是有利的,但上升结束后,由于堆积体岩土体饱水体积增加,稳定性系数又逐渐减小;库水位的下降过程中对堆积体的稳定性是不利的,下降结束后稳定性系数逐渐回升。库水位升降对整体稳定性的影响小于对局部稳定的影响。流固耦合分析显示:堆积体应力场分布主要受自重应力影响,具有一般坡体应力场分布特征,其不同位置堆积体厚度各有不同,应力大小和分布状态亦各异;在库水位下降工况下发生变形主要集中在开挖后斜坡坡脚位置,同时,受微地貌影响也较大。
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