黄河拉西瓦水电站坝前右岸果卜岸坡变形演化机制研究

论文摘要

库岸稳定问题是水利水电工程地质研究的主要问题之一，库岸边坡集普遍性、危害性和特殊性于一体，因此深入研究其变形破坏特征和变形机制，对评价岸坡稳定性、预测其发展演化趋势以及制定经济有效的处理措施具有重大意义。本文以拉西瓦水电站坝前右岸果卜岸坡为研究对象，在阐明果卜岸坡区域地质环境条件的基础上，详细研究了果卜岸坡的结构特征、变形破坏特征和河谷演化史，结合物理模拟和数值模拟的结果对果卜岸坡的变形机制进行了系统的分析。取得的主要认识与结论有：（1）果卜岸坡花岗岩的风化与卸荷深度大、程度高。岸顶平台部位出现普遍、连续的全风化层，垂直分布深度4.58.3m。岸坡强风化的水平深度46149.7m，弱风化水平深度为120190m。强卸荷带表现出岩体松弛，卸荷裂隙发育较密集，弱卸荷带表现为卸荷裂隙较稀疏，集中松弛张开，间距较大。（2）坡体具有明显的分层特征：表部为松散土层，厚度变化较大，土层下部为呈拉张状态的全风化花岗岩，向下为强风化花岗岩夹花岗岩全风化中粗砂层，底部为弱风化-微风化灰白色中粗粒花岗岩。（3）果卜岸坡变形特征表现为：平台部位变形沿早期形成陷落带追踪发育形成新的拉裂缝，并且呈现倾岸里的裂缝内侧下降，倾岸外的裂缝外侧下降的特点。平台前缘和坡表中高高程发生倾倒变形，低高程以完整岩体的不断解体和局部坍塌变形为主。（4）结合区域环境条件，分析了果卜岸坡区域河谷演化史。区内河谷地貌主要经历了宽谷期和峡谷期。宽谷期约从早、中更新世至60ka B.P.，龙羊峡作为共和盆地和贵德盆地相连的水流通道表现为宽谷面。峡谷期约从60ka B.P.以来，黄河在龙羊峡段急剧下切，形成今天地貌。采用FLAC3D模拟了果卜岸坡区河谷演化过程中斜坡的应力的变化及其分带特征，计算结果与现场揭示的果卜岸坡卸荷特征基本吻合。（5）结合河谷演化分析了果卜岸坡变形演化过程：中更新世末黄河迅速下切，果卜地段岸坡开始发育，形成高位峡谷；在距今2.4万年左右的深海氧同位素第三阶段，岸坡遭受古地震作用形成震裂山体；在5ka B.P.的全新世暖期，经历了地质历史时期长期的变形改造后，上部至岸顶的块体在某次地震或暴雨作用下形成果卜错落体，此后经历持续变形改造并达到相对稳定状态。拉西瓦水电站施工以来，青草沟顶部排水渠失效，暴雨集中入渗导致果卜错落体复活，错落体变形的同时又对下部岩体造成挤压，促使果卜岸坡整体变形启动。围堰截流，随水位的快速上升，岸坡前缘受到静水浮托作用，使下部浅表层松散岩体产生从下向上的变形，二者变形相叠加后表现为果卜岸坡的变形与库水位升降较敏感。（6）论文采用底摩擦试验再现了果卜岸坡变形过程。结果表明：果卜岸坡为一巨型岩质变形岸坡，顶部变形破坏模式为倾倒-拉裂变形，低高程为浅表层蠕滑变形。在漫长的自然历史过程中，岸坡平台部位前缘坡体首先发生变形破坏，前缘的变形破坏为中后部岩体发生倾倒变形提供了变形空间，同时对下部岸坡产生挤压变形。（7）利用果卜平台部位的079图根点蓄水以来的监测资料，采用线性回归方法，反推导出实施监测之前的变形盲区2009年3月1至6月13日的变形量和蓄水前岸坡已经发生的变形量，大致给出了岸坡变形的启动时间。（8）采用3DEC和FLAC3D软件对果卜岸坡变形机制进行了数值模拟，结果表明：①在地震力作用下，水平加速为0.15g时岸坡的变形仅表现为追踪早期形成的结构面震裂松弛；水平加速为0.25g时，平台部位受陡倾坡内结构面切割而成的板状岩体发生强烈倾倒变形，板状岩体根部追踪缓倾坡外结构面有折断的趋势，后缘沿陡倾坡外的结构面发生错动变形。最终在平台部位形成明显的拉张陷落带。②在降雨集中入渗的情况下，岸坡出现明显变形，变形集中在平台部位，最大位移量分布在平台前缘。③库水位上升，引起的最大位移仍出现在平台前缘。岸坡追踪河流下切时卸荷破坏产生的破裂带形成剪应变集中，同时在岸坡坡脚部位也出现了较明显的剪应变集中带，这与岸坡低高程的变形特征吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究历史及发展现状
• 1.2.1 岸坡变形机制研究
• 1.2.2 岸坡机制研究方法
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 区域地质环境条件
• 2.1 区域地质条件
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 地层岩性
• 2.1.3 区域地质构造
• 2.1.4 新构造运动与地震
• 2.1.5 区域应力场特征
• 2.2 果卜岸坡区的基本地质条件
• 2.2.1 地形地貌特征
• 2.2.2 地层岩性
• 2.2.3 构造特征
• 2.2.4 水文地质条件
• 第3章 果卜岸坡坡体结构及河谷演化特征
• 3.1 果卜岸坡岩体的风化卸荷特征
• 3.1.1 风化特征
• 3.1.2 卸荷特征
• 3.2 果卜岸坡的结构特征
• 3.3 果卜岸坡区域河谷演化过程
• 3.3.1 区域河谷演化历史
• 3.3.2 河谷演化过程数值模拟
• 第4章 果卜岸坡的变形特征
• 4.1 基本概况
• 4.1.1 形态及规模
• 4.1.2 边界特征
• 4.1.3 分区特征
• 4.2 变形破坏特征
• 4.2.1 Ⅰ区变形破坏特征
• 4.2.2 Ⅱ区变形破坏特征
• 4.2.3 Ⅲ区变形破坏特征
• 第5章 果卜岸坡变形演化机制分析
• 5.1 果卜岸坡变形条件分析
• 5.2 果卜岸坡变形过程分析
• 5.3 果卜岸坡变形启动时间分析
• 5.4 果卜岸坡变形机制物理模拟
• 5.4.1 物理模拟基本原理
• 5.4.2 设备及模型材料选取
• 5.4.3 建立模拟模型
• 5.4.4 模拟结果分析
• 5.5 果卜岸坡变形机制数值模拟
• 5.5.1 果卜错落体形成阶段数值模拟
• 5.5.2 果卜岸坡变形启动阶段数值模拟
• 5.5.3 果卜岸坡整体变形阶段数值模拟
• 5.6 果卜岸坡变形机制综合分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果