金沙江白鹤滩水电站拱肩槽边坡稳定性研究

论文摘要

人们在从事生产和建设过程中,不可避免地要对岩石圈表层岩体进行改造,其中水利水电、采矿和道路的修筑等大型基础建设对岩体的开挖,往往会形成许多岩质高边坡。在大型水电站建设中,由于工程规模的不断增大和地形地质条件的限制,拱肩槽边坡的高度也越来越大,稳定性问题日益突出,因此查明拱肩槽边坡的工程地质条件,并采用定性的地质分析与定量计算的方法,对其稳定性进行分析研究,并得出最优开挖坡比,为白鹤滩水电站的建设提供依据,这对水电站的修建和正常运行都具有十分重要的工程实践意义。本文以白鹤滩水电站左、右岸拱肩槽边坡为研究对象,针对拱肩槽边坡的工程地质条件,充分吸收“地质过程机制分析”、“量化评价”和“岩体结构控制论”等先进学术思想,在了解国内外研究现状和收集前人研究资料的基础上,采用定性的地质分析和定量计算的研究思路。主要通过区域地质环境条件研究,地表和平硐揭露岩体结构面的大量现场调查,并结合室内统计分析,总结拱肩槽部位不同层次结构面的空间发育规律,建立岩体结构模型,进而并对拱肩槽边坡进行不同工况下的稳定性进行计算和评价,主要研究内容如下:（1）在前人研究的基础上,通过现场调研,对白鹤滩水电站坝区及拱肩槽边坡的工程地质条件进行了详细研究:主要包括区域地质环境、拱肩槽边坡的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质及风化卸荷等方面。（2）拱肩槽边坡的岩体结构特征研究:文中分别对左、右岸上、下游侧边坡的岩体结构特征进行研究分析。主要包括对坝区原生建造结构面、构造改造结构面及表生改造结构面,即不同规模断层、层间、层内错动带、深部裂缝及基体裂隙发育特征及其分布规律进行分级、分类研究,指出各边坡岩体结构特征的相同处与不同处。根据各级结构面的特征及其组合研究,对左、右岸拱肩槽边坡进行工程地质分区,并对控制性边界的物理力学参数进行赋值。以建立合理的岩体结构概化模型,为后续的变形机制分析和定量计算建立科学的事实依据。（3）拱肩槽边坡岩体质量分级研究:为了正确分析拱肩槽边坡整体的稳定性,确定合理的开挖坡比,在对岩体结构特征研究的基础上对岩体进行定性分级和定量分级。拟采用现场定性分级与定量分级相结合的研究方法;定量分级采用中华人民共和国水利行业标准《水利水电工程边坡设计规范（SL386-2007）》中推荐的CSMR分级法。综合两种分级结果,得出综合分级结果。（4）左、右岸拱肩槽边坡稳定性分析:结合边坡岩体变形失稳模式,在自然边坡稳定性评价的基础上,通过地质分析对拱肩槽边坡稳定性进行定性分析,并选用极限平衡计算和块体理论计算对拱肩槽边坡整体稳定性及局部稳定性进行定量的分析与评价,并为最优坡比的设计提供依据。论文获得的主要成果如下:（1）拱肩槽边坡主要控制性结构面有:F17、f108、f110、f111、f112、F16、f247、f249等断层;C3-1C6、LS423、LS414、LS3319、RS621等层间层内错动带。（2）白鹤滩水电站边坡岩体质量较好:左岸岩体以Ⅲ1级为主,约占52.9%,其次是Ⅲ2级和Ⅱ级,分别占18.3%和14.5%,Ⅳ级岩体约占14.3%,Ⅴ级岩体仅占1%（仅出现在左岸下游侧）;右岸岩体以Ⅱ级为主,约占44.2%,其次是Ⅲ1级和Ⅲ2级,分别占27.6%和19.4%,Ⅳ级岩体约占8.8%,右岸未见Ⅴ级岩体。由此可见,拱肩槽边坡岩体质量较好,可利用程度较高,边坡的稳定性较好,且右岸拱肩槽边坡的稳定程度要好于左岸。（3）左岸自然边坡和拱肩槽工程边坡整体上均处于稳定状态。局部不稳定块体有7个,且规模较小,影响深度有限,在自然状态和拱肩槽开挖过程中也都处于稳定状态,仅在下游侧局部可产生小规模的崩塌,施工前应进行清危处理。（4）右岸自然边坡和拱肩槽工程边坡整体上均处于稳定状态。局部不稳定块体有3个,且规模较小,影响深度有限,在自然状态和拱肩槽开挖过程中也都处于稳定状态。右岸坝上边坡整体和局部均处于稳定状态。（5）拱肩槽边坡最优设计坡比:左岸拱肩槽边坡:微新及弱下风化岩体:1:0.21:0.25;弱上风化岩体:1:0.351:0.5;覆盖层:1:1.11:1.2。右岸拱肩槽边坡:微新及弱下风化岩体:1:0.201:0.25;弱上风化岩体:1:0.351:0.50;覆盖层:1:1.101:1.20。左、右岸拱肩槽开挖时,每30m设置一级3m宽的马道;右岸坝上边坡开挖坡比方案:弱下及微新岩体1:0.251:0.35;弱上岩体为1:0.401:0.45;覆盖层1:1.101:1.25;坝上边坡开挖时每隔50m设置一级3m宽的马道。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 边坡稳定性研究历史及现状
• 1.2.2 拱肩槽边坡稳定性研究现状
• 1.2.3 边坡稳定性评价方法
• 1.2.4 白鹤滩水电站研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 区域及拱肩槽边坡工程地质条件
• 2.1 区域地质环境
• 2.2 拱肩槽边坡工程地质条件
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 地层岩性
• 2.2.3 地质构造
• 2.2.4 水文地质
• 2.2.5 岩体风化卸荷特征
• 第3章 拱肩槽边坡岩体结构特征
• 3.1 概述
• 3.2 拱肩槽边坡岩体结构面分级分类
• 3.2.1 结构面规模分级
• 3.2.2 结构面性状分类
• 3.3 拱肩槽边坡岩体结构特征
• 3.3.1 Ⅱ级结构面
• 3.3.2 Ⅲ级结构面
• 3.3.3 Ⅳ级结构面
• 3.3.4 Ⅴ级结构面
• 3.4 拱肩槽边坡岩体物理力学特征
• 3.4.1 岩石物理力学特征
• 3.4.2 结构面力学参数
• 3.4.3 岩块声波波速特征
• 3.4.4 岩石坚硬程度的划分
• 第4章 拱肩槽边坡岩体质量分级
• 4.1 概述
• 4.2 边坡岩体现场定性分级
• 4.3 边坡岩体质量分级的CSMR 法
• 4.3.1 CSMR 法分级方法简介
• 4.3.2 对CSMR 法的修正
• 4.3.3 CSMR 法分类过程及结果
• 4.4 拱肩槽边坡岩体质量分级结果
• 第5章 左岸拱肩槽边坡稳定性分析与评价
• 5.1 左岸拱肩槽边坡整体稳定性的地质定性分析与判断
• 5.1.1 边坡岩体变形破坏特征
• 5.1.2 边坡岩体变形破坏模式
• 5.1.3 边坡岩体稳定性评价
• 5.2 左岸拱肩槽边坡稳定性的极限平衡计算
• 5.2.1 极限平衡计算方法简介
• 5.2.2 左岸拱肩槽边坡极限平衡计算
• 5.3 左岸拱肩槽边坡局部稳定性分析
• 5.3.1 局部稳定性评价的途径及方法
• 5.3.2 块体边界及块体物理力学参数的确定
• 5.4 左岸拱肩槽边坡局部稳定性计算结果
• 5.5 结论
• 第6章 右岸拱肩槽边坡稳定性分析与评价
• 6.1 右岸拱肩槽边坡整体稳定性的地质定性分析与判断
• 6.1.1 边坡岩体变形破坏特征
• 6.1.2 边坡岩体变形破坏模式
• 6.1.3 边坡岩体稳定性评价
• 6.2 右岸拱肩槽边坡稳定性的极限平衡计算
• 6.3 右岸拱肩槽边坡局部稳定性分析
• 6.3.1 局部稳定性评价的途径及方法
• 6.3.2 块体边界及块体物理力学参数的确定
• 6.4 右岸拱肩槽边坡局部稳定性计算结果
• 6.5 右岸坝上边坡稳定性分析与评价
• 6.5.1 坝上边坡岩体的基本特征
• 6.5.2 坝上边坡整体稳定性分析
• 6.5.3 坝上边坡局部稳定性分析
• 6.6 结论
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果