某水電站邊坡傾倒變形破壞模式及形成機(jī)制

西南某水電站巖質(zhì)邊坡地質(zhì)條件、坡體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,邊坡臨空面陡峭,為邊坡變形破壞提供了有利空間。經(jīng)過(guò)對(duì)邊坡工程地質(zhì)條件以及邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征調(diào)查分析,認(rèn)為邊坡變形破壞主要由傾坡外的結(jié)構(gòu)面導(dǎo)致,結(jié)構(gòu)面的聯(lián)通貫穿使得坡體失穩(wěn),邊坡整體表現(xiàn)為受傾坡外結(jié)構(gòu)面的傾倒變形失穩(wěn)破壞模式。采用三維離散元(3dec)數(shù)值模擬軟件,模擬邊坡變形破壞特征。

天生橋二級(jí)水電站廠(chǎng)房區(qū)開(kāi)挖邊坡的總削坡高度為380m,是我國(guó)水電工程中一處大型的人工明挖邊坡。邊坡上部120m高度(歸入調(diào)壓井邊坡)內(nèi)的巖層大部分呈水平產(chǎn)狀,但下部260m高度內(nèi)的地質(zhì)條件則相對(duì)復(fù)雜得多。邊坡巖體為砂頁(yè)巖互層,有較密的褶曲構(gòu)造。不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型出露于邊坡的不同部位,破壞機(jī)理也各不相同。有結(jié)構(gòu)體沿軟弱層面滑動(dòng)的順

碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡是地質(zhì)工程中遇到的一種最不穩(wěn)定邊坡,其原巖松弛,結(jié)構(gòu)面普遍張開(kāi),圍巖自穩(wěn)能力差,碎裂結(jié)構(gòu)巖體出露不連續(xù),空間分布存在差異,導(dǎo)致邊坡破壞邊界不明顯,變形破壞機(jī)制很難確定.本文以雅礱江楞古水電站碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡為例,在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和平硐勘測(cè)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了碎裂巖體結(jié)構(gòu)特征,分析了控制邊坡變形破壞的邊界條件和變形破壞模式,并運(yùn)用udec離散元程序模擬驗(yàn)證.研究結(jié)果表明:碎裂巖質(zhì)邊坡的變形破壞主要受自身結(jié)構(gòu)及內(nèi)部相對(duì)長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面控制,變形演化過(guò)程依循應(yīng)力調(diào)整、時(shí)效變形和局部失穩(wěn)3個(gè)階段,變形破壞模式分為斷層主控底滑型和裂隙切割破壞型.目前針對(duì)碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡研究相對(duì)較少,缺乏大型工程實(shí)例支撐,該研究成果為水利工程中這類(lèi)邊坡的研究提供了參考.

我國(guó)西南及西部地區(qū)受青藏高原隆升、河流下切等因素影響,地形起伏大,巖體完整性差,水電工程等人類(lèi)活動(dòng)形成高切坡在特定的條件下易發(fā)生失穩(wěn)破壞,威脅生命財(cái)產(chǎn)安全.其中,2015年2月發(fā)生于我國(guó)西南某水電站右岸導(dǎo)流明渠段邊坡的失穩(wěn)是一例非常典型的邊坡破壞現(xiàn)象,基于邊坡變形失穩(wěn)過(guò)程,通過(guò)赤平投影等工程地質(zhì)方法,研究其邊坡地形、巖體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度特征,分析變形破壞機(jī)理,認(rèn)為導(dǎo)致其失穩(wěn)破壞的主要因素包括邊坡地形高陡、傾倒變形、巖體強(qiáng)度差以及不利的構(gòu)造帶等內(nèi)因,邊坡開(kāi)挖和雨雪融化則加劇了邊坡的變形現(xiàn)狀,最后造成失穩(wěn)破壞.

隨著人類(lèi)工程活動(dòng)不斷增多,不同工程領(lǐng)域均出現(xiàn)了巖質(zhì)邊坡傾倒變形現(xiàn)象。為研究該現(xiàn)象,以西部某水電站右岸巖質(zhì)邊坡為例,在工程地質(zhì)特征調(diào)查基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)比分析位移監(jiān)測(cè)資料,研究邊坡傾倒彎折特征?；赼rcgis(克里金插值法),還原了邊坡三階段(開(kāi)挖前、開(kāi)挖完成、支護(hù)完成)變形演化過(guò)程,揭示了坡體變形發(fā)展規(guī)律。基于udec,通過(guò)建立坡體二維地質(zhì)模型,針對(duì)邊坡三種工況,分析了坡體發(fā)生傾倒變形的地質(zhì)成因,進(jìn)一步闡明了傾倒變形現(xiàn)象發(fā)生的內(nèi)在實(shí)質(zhì)。借助arcgis、udec及位移監(jiān)測(cè)結(jié)果,分析了導(dǎo)流明渠邊坡傾倒變形特征,查明了其成因。

傾倒變形體的變形機(jī)理控制其變形破壞特征,反映其變形演化規(guī)律,直接影響傾倒變形體的工程治理措施類(lèi)型和方式。首先,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制累計(jì)位移曲線(xiàn),結(jié)合克里金插值法,分析西部某水電站導(dǎo)流明渠邊坡的傾倒變形破壞特點(diǎn),并基于分析結(jié)果對(duì)坡體進(jìn)行分區(qū),根據(jù)不同區(qū)域的特點(diǎn),提出針對(duì)該傾倒變形邊坡的支護(hù)建議。其次,根據(jù)導(dǎo)流明渠邊坡的工程地質(zhì)特點(diǎn),以剖面2-2′為研究對(duì)象,利用udec進(jìn)行數(shù)值模擬,支護(hù)后邊坡的破壞區(qū)域、塑性區(qū)和位移明顯減小。在此基礎(chǔ)上分析邊坡從開(kāi)挖前到建議支護(hù)后的變形破壞演化規(guī)律,進(jìn)而揭示邊坡變形機(jī)理。研究結(jié)果表明,結(jié)合克里金插值法的分析,基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行坡體分區(qū)后的支護(hù)建議具有較強(qiáng)合理性。研究成果為傾倒變形體的治理設(shè)計(jì)提供了一定參考依據(jù)。

傾倒變形是層狀邊坡的一種主要變形破壞形式,在以往研究中,單面傾倒已研究較多而雙面傾倒尚無(wú)研究成果。在充分研究金沙江某水電站左壩肩巖體雙面傾倒變形特征基礎(chǔ)上,對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行了地質(zhì)分析和數(shù)值模擬,揭示了雙面傾倒巖體主要是在二次應(yīng)力場(chǎng)作用下巖體沿片理面產(chǎn)生剪切錯(cuò)動(dòng)、滑移、拉裂從而巖體產(chǎn)生彎曲或折斷而形成的。其中順傾邊坡的傾倒變形始于坡腳,并以\"滑移-傾倒\"式逐漸向坡后發(fā)展,其傾倒擴(kuò)展速率及傾倒深度明顯小于反傾邊坡;而反傾邊坡初始傾倒位置不一定在坡腳,而是始于其最有利傾倒位置,該位置受初始坡形、所受應(yīng)力及巖性組合等因素控制,并用數(shù)值模擬揭示了該水電站邊坡初始傾倒位置在距坡腳約1/3坡高處,此后,當(dāng)巖層傾角足夠陡時(shí),在該初始傾倒位置的上部巖層可表現(xiàn)出一定的\"滑移-傾倒\"性質(zhì),而該位置下部巖層則總是表現(xiàn)出\"壓致型\"傾倒特征;無(wú)論順傾還是反傾邊坡,傾倒變形速率有從坡體中部附近向兩端遞減的趨勢(shì)。

該傾倒變形的發(fā)育特征較復(fù)雜,其內(nèi)部、底界和后緣深部的變形破壞類(lèi)型分別為\"傾倒蠕變\"、\"傾倒滑移\"和\"傾倒彎折\"。巖體傾倒變形的形成與演變經(jīng)歷了4個(gè)階段:卸荷回彈-傾倒蠕變,層內(nèi)拉張-切層張剪破裂,彎曲-折斷變形破裂和底部滑移-后緣深部折斷面貫通破壞。

受巖層傾角變化的影響,某電站右壩肩變傾角巖質(zhì)邊坡在工程開(kāi)挖后,上部和下部巖體均出現(xiàn)不同程度變形破壞跡象,并且其特征存在較大差異。作者在大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上,從邊坡工程地質(zhì)條件、巖體結(jié)構(gòu)特征著手分析了邊坡變形和破壞特征產(chǎn)生差異的內(nèi)在原因;并結(jié)合有限元數(shù)值模擬方法,研究了邊坡產(chǎn)生變形和破壞的力學(xué)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上提出了這類(lèi)邊坡變形破壞特征及其成因機(jī)制的概念性模型。

西南某水電站塊石料場(chǎng)棄渣堆積體邊坡于2004年形成,堆積規(guī)模約21×10~4m~3。該邊坡前緣未設(shè)支擋結(jié)構(gòu)措施,后期受2008年\"5.12\"汶川特大地震、2013年\"4.20\"蘆山強(qiáng)烈地震影響,以及在降雨作用下,后部推移變形,并嚴(yán)重威脅坡腳居民安全。本文采用現(xiàn)場(chǎng)勘察、原位雙環(huán)滲透試驗(yàn)等手段,分析了棄渣堆積體邊坡的變形破壞機(jī)制。結(jié)果表明:棄渣體的飽和滲透系數(shù)(k)遠(yuǎn)大于下伏老堆積土體,棄渣體表層k值高達(dá)1.41×10~(-1)cm/s,1m深時(shí)為2.00×10~(-2)cm/s；老堆積土體表部k值為1.88×10~(-3)cm/s,1m深時(shí)為5×10~(-4)cm/s。兩者滲透系數(shù)的巨大差異,使得棄渣體與下伏老堆積體之間形成富水帶,產(chǎn)生較大的孔隙水壓力,進(jìn)而對(duì)棄渣堆積體邊坡形成浮托力,導(dǎo)致其推移變形。穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果顯示堆積體穩(wěn)定性系數(shù)隨降雨時(shí)長(zhǎng)的增加而減小,但減小速率逐漸趨于平緩。

滑坡的破壞模式和破壞機(jī)理是滑坡防治的重要依據(jù),并對(duì)所采取的防治措施具有重要的指導(dǎo)意義。本文利用flac3d模擬了云南某水電站廠(chǎng)房邊坡在施工開(kāi)挖作用下的破壞模式和破壞的機(jī)理,通過(guò)模擬滑坡的位移變化特征以及分布規(guī)律,指出該水電站廠(chǎng)房邊坡在施工開(kāi)挖卸荷作用下并不是一個(gè)單純的滑坡現(xiàn)象,也不是一個(gè)單純的崩塌現(xiàn)象,而是一個(gè)以滑為主,局部產(chǎn)生崩塌的松散崩滑體。

邊坡變形破壞的模式——本文詳細(xì)地介紹了巖體邊坡的變形與破壞、斜坡的變形與破壞、層狀巖體邊坡變形破壞模式、巖體邊坡破壞模式實(shí)例等內(nèi)容。

以里底水電站壩址右岸巖體結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ),分析了巖體傾倒變形的成因機(jī)制。通過(guò)對(duì)右岸勘探平硐揭露巖層產(chǎn)狀的詳細(xì)量測(cè),結(jié)合硐壁物探測(cè)試成果,建立了傾倒強(qiáng)烈程度的分級(jí)體系,對(duì)右岸傾倒巖體進(jìn)行了劃分,為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)確定了控制邊界。

南美洲某水電站壩址區(qū)左岸邊坡,在引水隧洞進(jìn)水口邊坡和壩基開(kāi)挖過(guò)程中頂部邊坡出現(xiàn)了較大范圍的拉裂變形,結(jié)合邊坡開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件,還原邊坡的形成改造過(guò)程,分析邊坡的變形機(jī)制,判斷邊坡穩(wěn)定性并提出治理建議.

文章通過(guò)對(duì)廣西某水電站主廠(chǎng)房邊坡穩(wěn)定進(jìn)行定性及定量評(píng)價(jià),判斷該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),因此建議對(duì)該邊坡采取治理措施。

順層邊坡穩(wěn)定性研究已有大量成果,現(xiàn)今的分析方法、分析模型也都是針對(duì)此類(lèi)邊坡的,而反向邊坡其典型的結(jié)構(gòu)特征為巖層層面與邊坡面走向一致但傾向相反,如果同時(shí)存在一組或多組順坡向的節(jié)理將巖層切割成離散的塊體,則容易發(fā)生與以往不同的傾倒破壞。對(duì)于這種反傾層狀巖質(zhì)邊坡的破壞模式與機(jī)理,系統(tǒng)的研究成果尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,本文應(yīng)用從奧地利引進(jìn)的大型巖土工程數(shù)值仿真分析系統(tǒng)final為平臺(tái),建立幾種代表性典型巖質(zhì)邊坡模型,通過(guò)特殊離散化有限元模型與數(shù)值試驗(yàn),考慮不同巖層傾角、不同層面裂隙間距及不同軟弱夾層與坡角影響,研究這類(lèi)邊坡的傾倒破壞模式與破壞機(jī)理,以便直接為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

第2期《中南水電》45· 五強(qiáng)溪水電站左岸層狀 巖質(zhì)邊坡變形機(jī)制及處理原則 地質(zhì)大隊(duì)王常敏 文摘五強(qiáng)溪水電站左岸邊墟為軟硬相同的復(fù)合：元結(jié)構(gòu)層狀巖體。軟弱結(jié)構(gòu) 面多平行邊坡幅向坡外或坡內(nèi)。呈煩向最反向迎坡．泰文蹤舍了自然與工程邊墟 變形與失穩(wěn)現(xiàn)象，將其歸納為單面或蛆合面蠕滑，滑移，坍塌；反向坡層問(wèn)軟弱屢 帶壓縮累積，巖塊變位導(dǎo)致變；巖撬(體)及水劈楔軟弱結(jié)構(gòu)面觸發(fā)邊坡變彤： 組成邊坡塊體重·偏向坡外致使違城變彤，與邊城平行的陡傾角結(jié)構(gòu)面卸荷、拉 裂，慣例等變形機(jī)制。針對(duì)邊坡巖體站柏特征廈易于變形井漸由內(nèi)崖展的多拳 諾式變形規(guī)律，提出了”上削下固、前描后護(hù)、邊挖邊護(hù)，排水同步的處理碌則。 關(guān)鍵詞蠕動(dòng)變開(kāi)j時(shí)問(wèn)效應(yīng)蠕滑劈楔多朱諾式變形 l概況 五強(qiáng)溪水電站位于順向河備，河流流向 63‘一55。 。

傾倒變形和破壞是五強(qiáng)溪左岸船閘高邊坡施工期間典型的變形和破壞型式。本言語(yǔ)對(duì)該邊坡傾倒過(guò)程、傾倒分析和治理措施作簡(jiǎn)要介紹。

苗尾水電站壩址區(qū)地處瀾滄江褶斷體系東部近直立緊密型復(fù)式褶皺上,由千枚狀絹云板巖及變質(zhì)砂巖構(gòu)成的壩肩巖體傾倒變形較為強(qiáng)烈,形成規(guī)模較大的傾倒變形巖體。本文通過(guò)研究巖體傾倒變形破裂的力學(xué)機(jī)制與發(fā)展過(guò)程,為苗尾水電站壩址的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

長(zhǎng)河壩水電站左壩肩邊坡高陡、卸荷作用強(qiáng)烈、長(zhǎng)大裂隙較發(fā)育,造成了邊坡巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和邊坡變形破壞方式的多樣性。因此,分析邊坡的變形破壞機(jī)制對(duì)邊坡穩(wěn)定性復(fù)核非常重要。本文結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查、巖體結(jié)構(gòu)特征和監(jiān)測(cè)資料,對(duì)邊坡進(jìn)行結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)和巖體分區(qū),分析裂縫成因和邊坡的變形破壞模式。下部邊坡爆破開(kāi)挖使fz-15斷層及其下盤(pán)壓縮變形,上盤(pán)巖體下沉;邊坡沿j6組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切滑移變形,上部巖體沿j3組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生拉裂,沿j2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生傾倒變形,產(chǎn)生了各種方向的裂縫。邊坡變形破壞模式主要為滑移—拉裂破壞和傾倒—拉裂破壞。采用針對(duì)性支護(hù)措施后,裂縫變形得到控制,邊坡基本穩(wěn)定。

根據(jù)大渡河某水電站料場(chǎng)邊坡體的地質(zhì)特征,對(duì)料場(chǎng)變形體的形成機(jī)制及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,研究表明:該變形體形成機(jī)制屬于牽引式,定性判斷該變形體處于不穩(wěn)定狀態(tài),定量計(jì)算該變形體在持久工況、短暫工況、偶然工況三種工況下穩(wěn)定性處于欠穩(wěn)定~不穩(wěn)定狀態(tài),需及時(shí)采取有效的支護(hù)措施。

為了研究瀑布溝水電站高陡邊坡拉裂變形體的穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析其工程地質(zhì)條件,提出了該拉裂變形體的變形破壞模式,主要為槽狀的滑塌變形、傾倒拉裂變形、滑移拉裂變形、滑移壓致拉裂變形。并通過(guò)有限元plaxis數(shù)值模擬軟件以及室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)拉裂變形體穩(wěn)定性進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明:目前該拉裂變形體存在的變形破壞為松動(dòng)帶的滑塌以及傾倒拉裂區(qū)的滑移拉裂破壞,為后續(xù)實(shí)際工程處理方案的確定提供了可靠的依據(jù),并對(duì)類(lèi)似工程有一定的借鑒作用。