黄河某水电站坝前岸坡倾倒变形体的工程地质特性及削坡治理方案研究

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本文根据现场地质调查、平硐岩体力学编录实测数据,论证了岸坡花岗岩岩体的“硬脆性”特征和“板裂”结构是控制岸坡变形的基本因素。岸坡变形之所以复杂的主要原因是以脆性花岗岩为特定岩性条件的“脆性折断型”倾倒变形。变形破坏的本质是近直立的脆性“板状”岩体,在重力弯矩作用下产生的”结构性倾倒-局部折断”特征。坡体内并不存在统一的滑移面,岩体破坏形式将以深度有限(30-50m)的浅层极强倾倒-折断岩体的崩滑破坏为主。这种模式能统一地解释为什么坡体表层已经发生了数十米的变形,还没有发生滑动失稳破坏以及坡体变形随深度增加迅速衰减的现象。岸坡岩体变形破裂现象的复杂形式、力学机理与岩体倾倒变形的强烈程度密切相关。对于“板裂化”花岗岩这类特殊岩体,岩层倾角变化、最大拉张变形、卸荷变形、风化程度、波速指标以及节理密度等六项指标能够较客观地反映岩体倾倒变形强烈程度和岩体质量,可将其作为“硬脆性”倾倒变形岩体的工程分类指标,据此建立该类岩体的工程分类标准。基于当前蓄水位2448m工况条件的数值计算显示,岸坡岩体变形破坏的主要形式是向坡外侧的倾倒变形,变形随深度增加迅速衰减,边坡前缘局部岩体发生塌滑破坏,计算结果与普遍发生的浅表层局部倾倒-解体-塌滑现象完全吻合。水库水位抬升至正常蓄水位高程2452m后,岩体变形破坏的基本形式将不会发生改变,即岩体变形破坏的基本形式仍然是倾倒变形,倾倒变形将进一步加剧,但没有发生整体滑移破坏的迹象。进一步的迭代计算显示,坡体的变形将随着时间而趋于收敛直至停止发展。基于上述研究成果,有关的设计及研究单位提出了两种不同思路的削坡治理方案,方案一主要是通过挖除极强倾倒(A类)和强倾倒上段(B1类)这两类潜在的不稳定岩体、适当降低坡度来达到治理目的;方案二则是通过挖除岸坡上部主体部分,以卸载并减小重力弯矩的方式来达到治理目的。数值分析成果显示,由于方案二对坡体下部A和B1类岩体处理不当,所以虽然挖方量较大但治理效果并不理想。鉴于问题难度和分歧极大,变形体深部的边界条件还需进一步查明,论文仅就削坡治理方案的合理性进行了探讨,其它方面的研究工作还在深入进行。
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