金沙江白鶴灘水電站工程邊坡穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文研究遵循“工程地質(zhì)條件分析→變形現(xiàn)象認識→變形機制分析→定性定量評價”的基本思路。在吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)場原型調(diào)研和室內(nèi)分析相結(jié)合、工程地質(zhì)和巖體力學相結(jié)合、幾何分析和力學分析相結(jié)合的方法，總結(jié)并歸納壩區(qū)構(gòu)造演化，河谷演化及邊坡形成演化過程，從邊坡巖體建造—構(gòu)造改造—淺表生改造過程入手，針對工程邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、風化卸荷、已有變形破壞特征、巖體質(zhì)量等基本問題，從地質(zhì)歷史演化觀點出發(fā)，定性分析自然邊坡變形破壞模式及目前所處演

2、化階段，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合剛體極限平衡方法綜合評價工程邊坡穩(wěn)定性，并提出合理開挖坡比建議。 主要研究內(nèi)容如下： 1.壩區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件研究：包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地應力、構(gòu)造演化及河谷演化等方面。 2.壩區(qū)邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征研究：包括層內(nèi)、層間錯動帶發(fā)育分布特征，斷層發(fā)育分布特征及基體裂隙發(fā)育分布特征，在此基礎(chǔ)上對巖體結(jié)構(gòu)分區(qū)分帶。 3.自然邊坡巖體的變形機制、失穩(wěn)模式研究：以壩區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景研究為

3、基礎(chǔ)，結(jié)合已有的變形破壞跡象，分析壩區(qū)自然邊坡巖體的變形破壞模式，確定構(gòu)成邊坡潛在不穩(wěn)定塊體邊界。 4.結(jié)合自然邊坡巖體變形破壞模式及已有變形破壞跡象，定性分析自然邊坡所處演化階段，并考慮岸坡地形地貌、地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、岸坡巖體已有變形破壞跡象、崩塌堆積物特征等因素，對岸坡巖體變形破壞進行分區(qū)。針對各種工況下不同變形失穩(wěn)范圍，采用剛體極限平衡理論對其進行穩(wěn)定性計算，并評價工程邊坡（左、右岸拱肩槽邊坡，右岸進水口邊坡及右岸攬機平

4、臺邊坡）的整體及局部穩(wěn)定性狀況。 5.結(jié)合以上分析、評價，采用地質(zhì)判斷、工程類比，確定工程邊坡開挖最優(yōu)坡比取得成果如下：⑴壩區(qū)屬中山峽谷地貌，地勢北高南低，向東側(cè)傾斜。金沙江總體由南向北流，左岸為大涼山山脈東南坡，山峰高程2600m，整體上呈向金沙江傾斜的斜坡地形；右岸為藥山山脈西坡，山峰高程3000m以上，主要為陡坡與緩坡相間的地形。壩區(qū)主要出露二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖（P2β），上覆三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組砂頁巖（T1f）。地層呈

5、假整合接觸。第四系松散堆積物主要分布于河床及緩坡臺地上。壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為原生建造（原生流動構(gòu)造、原生破裂構(gòu)造）、斷裂構(gòu)造（包括斷層、層間錯動帶、層內(nèi)錯動帶、裂隙等）等形式。壩區(qū)屬中山峽谷地貌，河床及兩岸主要由堅硬的玄武巖組成。據(jù)勘探研究：壩區(qū)應力場屬中應力場區(qū)，局部可見弱巖爆及片幫現(xiàn)象。河床部位量值主要集中在7.0～18.0MPa之間。最大水平主應力方位為NWW～EW向，與河流方向大角度相交。兩岸的地應力主要為低～中等應力，右岸和

6、左岸的應力量值基本相當。兩岸地下廠房應力量值基本相當，左岸略低于右岸，第一主應力方向NEE為主，第三主應力方向NNW為主。壩區(qū)基本的構(gòu)造格局形成于燕山期，而后期的喜山期構(gòu)造運動又包括四川運動、喜山運動以及新構(gòu)造運動，使壩區(qū)構(gòu)造格局得到進一步強化，從而形成了目前壩區(qū)的構(gòu)造格架。壩區(qū)河谷發(fā)育經(jīng)歷了寬谷期和峽谷期兩個階段，共經(jīng)歷5次快速下切，形成目前河谷地貌，其地質(zhì)年代大致對應于Ⅲ級階地形成后、Ⅱ級階地形成前，即Q3早期。⑵壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)特征研

7、究：壩區(qū)發(fā)育有層間和層內(nèi)緩傾角錯動帶、中小規(guī)模斷層及基體裂隙三種主要的結(jié)構(gòu)面。壩區(qū)內(nèi)共發(fā)育11條層間錯動帶，為C2-C11，廣泛發(fā)育于巖流層頂面，為凝灰?guī)r建造，構(gòu)造改造過程中此類夾層易于破碎，從而形成凝灰?guī)r質(zhì)的破碎夾層，由于凝灰?guī)r成分對水的敏感性，在地下水的作用下，易于形成局部泥化夾層，從而降低結(jié)構(gòu)面的強度，形成一套分布于各巖流層之間的緩傾角、貫穿性結(jié)構(gòu)面，為壩區(qū)內(nèi)主要控制性結(jié)構(gòu)面。層內(nèi)錯動帶發(fā)育于巖流層內(nèi)部的構(gòu)造錯動帶，主要分布于巖流

8、層中下部致密玄武巖一側(cè)，除極個別以中陡傾角（大于25°）展布外，絕大部分以舒緩波狀、緩傾角延伸為特征，與層間錯動帶相比，分布有一定的隨機性和復雜性，延伸規(guī)模弱于層間錯動帶。斷層：走向以NNE～NE向、NNW向和NW～NWW向為主，寬度多數(shù)在1m以內(nèi)，長度多數(shù)百m，帶內(nèi)物質(zhì)組成多為角礫、巖屑，部分存在斷層泥，結(jié)構(gòu)類型多為（含）巖屑礫型或破碎夾泥型，傾角多為陡傾角，可構(gòu)成自然邊坡潛在塊體側(cè)裂面或后緣切割面?；w裂隙：多充填0.2～0.5cm

9、方解石脈或石英脈，微風化～新鮮巖體內(nèi)裂隙面一般嵌合緊密，而弱風化帶內(nèi)則多呈微張，位于卸荷帶內(nèi)裂隙顯張性。第一優(yōu)勢方位為N35°～45°W，SW∠80°～85°，延伸較長，NE向（第二優(yōu)勢方位）及近SN向（第三優(yōu)勢方位）裂隙僅局部集中發(fā)育，較短小，且受NW 向優(yōu)勢裂隙限制，基體裂隙以陡傾為主，平直粗糙，潮濕，多閉合無充填。以以上結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計特征為基礎(chǔ)，按勘線對壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)分區(qū)：左岸分4個區(qū)，右岸分為3個區(qū)。⑶結(jié)合壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)特征研究可知：

10、壩區(qū)左岸由緩傾角錯動帶和陡傾角結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的塊體滑動是左岸邊坡失穩(wěn)的主要模式，右岸由于是逆向坡，受陡傾角結(jié)構(gòu)面控制的邊坡淺表部的小規(guī)模危巖體是其失穩(wěn)的主要模式。以壩區(qū)自然邊坡變形破壞模式分析為基礎(chǔ)，并考慮岸坡地形地貌、地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、岸坡巖體已有變形破壞跡象、崩塌堆積物特征等因素，對自然邊坡（左岸）工程地質(zhì)分區(qū)，共分三個大區(qū)，12個小區(qū)，通過各分區(qū)穩(wěn)定性定性評價可知，各分區(qū)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。 通過塊體邊界復核及評價，左岸自然邊

11、坡共組合不利塊體12個，通過穩(wěn)定性計算，所有塊體處于穩(wěn)定狀態(tài)，只有LB6塊體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。左右岸拱肩槽邊坡開挖亦可能為潛在塊體創(chuàng)造臨空面，通過空間組合，左、右岸拱肩槽邊坡共組合不利塊體9塊，其中左岸6塊，右岸3塊。通過穩(wěn)定性計算，塊體處于穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，其中右岸潛在塊體穩(wěn)定性差于左岸潛在塊體。⑷通過對左、右岸拱肩槽邊坡穩(wěn)定性極限平衡計算可知：最不利工況為地震工況；左岸拱肩槽開挖上下游邊坡穩(wěn)定性要好于右岸；左岸拱肩槽上游側(cè)邊坡對暴

12、雨工況更為敏感，下游側(cè)邊坡對地震工況敏感；右岸拱肩槽下游側(cè)邊坡對地震工況最為敏感。 右岸進水口及攬機平臺邊坡由于陡緩結(jié)構(gòu)面多數(shù)反傾坡內(nèi)，未能構(gòu)成不利塊體組合，因此考慮強弱卸荷底界為潛在滑移面。極限平衡計算結(jié)果顯示，最不利工況為暴雨工況，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。⑸工程邊坡的最優(yōu)設(shè)計坡比建議為：左岸拱肩槽邊坡：微新及弱下巖體：1 ：0.3；弱上巖體：1：0.45～1 ：0.5；右岸拱肩槽邊坡：微新及弱下巖體：1 ：0.25；弱上巖體：

13、1 ：0.35～1 ：0.5；覆蓋層：1 ：1.25。微新及弱下巖體開挖時，每50m 設(shè)置一級3m寬的馬道。在弱上風化巖體開挖時，每30m 設(shè)置一級3m 寬馬道。右岸進水口邊坡：微新巖體：1 ：0.2；弱下巖體：1:0.25 ；弱上巖體：1 ：0.35-1 ：0.4；覆蓋層：1 ：1.25。邊坡開挖每50m 設(shè)計一級3m 寬的馬道。右岸攬機平臺邊坡：微新巖體及弱下巖體：1:0.3；弱上巖體：1 ：0.5；覆蓋層：1 ：1.2。每50～6