雅砻江牙根二级水电站进水口边坡稳定性研究

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边坡稳定性问题是水利水电工程建设的主要工程地质问题之一,研究边坡的稳定性对于工程施工地顺利开展与建成后充分发挥工程效应,具有至关重要的意义。本文结合雅砻江牙根二级水电站边坡稳定性研究课题,在大量现场地质调研基础上,分析了电站进水口边坡岩体结构特征,对边坡岩体风化卸荷分带及岩体质量分级进行了研究,结合边坡出现的变形破坏现象,建立了边坡相应的变形破坏模式。利用刚体极限平衡法与数值模拟方法对边坡开挖过程中的应力和位移特征进行了分析,系统地评价了工程边坡的稳定性,得到如下主要认识。(1)边坡岩体岩性为燕山早期黑云母二长花岗岩,边坡主要发育三组陡倾角结构面与一组缓倾角结构面。三组陡倾角结构面与坡面走向大角度相交,而缓倾角结构面以倾向坡内产出。受岩体结构控制,自然边坡总体变形较弱,整体稳定性较好,变形主要表现为局部沿陡倾角结构面的卸荷拉裂变形,受缓倾角结构面与陡倾角结构面组合的坠落式崩塌,以及上游侧边坡岩体的板裂化倾倒变形。(2)根据岩体风化卸荷特征与岩体结构特征结合RMR与CSMR法对边坡岩体质量进行划分,得出边坡岩体主要为II级岩体,占边坡岩体总量的50%,主要分布在无风化与无卸荷岩体内;III级岩体占边坡岩体总量的30%,主要为弱下风化岩体;IV级岩体占边坡岩体总量的12.8%,主要为卸荷程度较弱的弱上风化岩体;V级岩体占边坡岩体总量的6.6%,主要为强卸荷岩体。(3)工程边坡开挖水平深度在62~85m之间,在2640m高程以下坡比为1:0.3,2640m高程以上坡比为1:0.5。边坡开挖以后不存在大规模的失稳块体,但硐脸边坡由裂隙组合产生的随机块体易发生楔形块体滑移,上游侧边坡局部板裂状岩体易发生倾倒变形,工程边坡的开口部位分布大量V级岩体易产生小规模滑塌破坏。(4)开挖边坡应力、位移场的三维数值模拟结果表明开挖过程中,坡体内部最大主应力在开挖坡脚有一定的应力集中,总体变化不大,最小主应力在开挖边坡顶部呈正值,表示有拉应力出现,从位移矢量图上看,开挖边坡顶部有指向临空方向的位移,验证了边坡顶部V级岩体的变形特征。在第三部开挖后形成的直立坡顶部,出现指向坡外的位移,且在F15断层出露部位岩体位移量增大,说明边坡开挖以后在F15断层与坡面交汇处岩体易发生失稳,在开挖形成的直立坡顶部岩体易发生失稳。通过UDEC数值模拟软件对上游侧边坡开挖前后的位移变形分析可知,边坡在开挖以后坡顶处的板裂化岩体未产生大位移,总体上处于稳定状态,在开挖坡面顶部f29断层与f28断层之间的岩体位移量最大,位移指向临空方向,往里岩体位移逐渐减小,到f25断层以后岩体基本上没有临空方向位移。说明上游侧边坡开挖以后板裂化岩体未立即发生倾倒失稳,但若岩体不采取任何措施长期暴露于坡表,或在地震工况下有失稳的可能。(5)对硐脸边坡陡倾角断层出露部位应采用锚杆支护,对坡面的随机块体应采用随机锚杆支护,对边坡开口部位的V级岩体应使用喷射混凝土结合系统锚杆支护,对上游侧边坡局部的板裂化岩体应采用预应力锚索支护。
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