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古瓦水电站位于四川省甘孜州境内的硕曲河上游河段,是硕曲河梯级规划“一库五级”开发方案中的龙头水库电站,地处青藏高原的过渡带,区域地质条件复杂,地形地貌多样。在高海拔、高寒地带、高地应力、地质条件如此复杂的地区修建水电站,涉及到高边坡问题,如何保证电站在正常的建设施工、运营期间高边坡的稳定性是亟待解决的难题。
本文以古瓦水电站坝址区岸坡为研究对象,在深入现场充分对岸坡的工程地质条件及岸坡稳定性影响因素的基础上,分析岸坡的岩土体结构特征、变形破坏模式及演变机制,对岸坡的岩土体的稳定性进行计算,结合FLAC3D数值模拟手段,综合评价岸坡的稳定性,提出边坡的支护建议措施。研究取得的主要成果如下:
(1)古瓦水电站坝址区位于短轴向斜,两岸边坡总体为顺向坡,自然边坡岩体呈层状结构;坝址区岸坡存在有岩体变形破坏迹象,最明显的为右岸发育1#、2#、3#变形体;左岸岸坡槽型变形破坏形成的陡崖;坝址区两侧岸坡发育有大量的崩塌堆积体。
(2)坝址区岸坡的强卸荷带随高程的不同而不同,坝肩顶部的强卸荷带的深度在30~36m,坝肩中部强卸荷带的深度在11~12m,其弱卸荷深度一般在强卸荷带深度12m以内,卸荷带深度分界线与弱上/弱下的界限基本吻合。
(3)岸坡的岩土体结构有土质岸坡结构及岩质岸坡结构,土质岸坡结构为冰水堆积层及崩坡积物:右岸岩质岸坡发育四组结构面,以NW及近EW、NE向裂隙最为发育;左岸岩质边坡发育五组结构面,以NE及NW向裂隙最为发育,两岸岩体呈层状结构。
(4)岸坡变形破坏有土质岸坡失稳破坏及岩质岸坡失稳破坏,土质岸坡失稳以坍塌型、侵蚀剥蚀型、沿基~覆界面产生滑移破坏为主,岩质岸坡失稳主要以顺层~滑移破坏模式、平面滑动模式、旋转滑移拉裂模式为主。
(5)边坡稳定性计算结果表明:岸坡堆积体在自然状态上为基本稳定,在蓄水过程中处于不稳定状态,应对其进行开挖清除:岩质岸坡自然状态下整体处于稳定状态,能够满足边坡在各种工况条件下安全运行的需要;局部涉及开挖部位岩体及变形破坏岩体在不利工况下存在失稳可能。因此对稳定性较低部位,建议加强支护措施。
(6)运用有限差分软件FLAC3D模拟研究坝址区岸坡在开挖前后对岸坡变形破坏的影响,通过模拟,得到以下认识:
①清坡前坝址区两侧岸坡的最大主应力分布符合一般的应力规律,在坝轴线附近最大主应力量值在-7.68MPa~-0.037MPa,未出现拉应力集中现象:坝址区左、右岸边坡浅表层出现厚度约5~10m的拉应力区,最大值约达0.37MPa,最小主应力量值在-1.65MPa~0.37MPa;在岩层分界带出现明显的应力梯度;
②清坡后边坡变形发展趋势模拟结果显示,边坡变形在原有基础上有进一步发展,但总体看来,变形量均较小,在X、Y方向上变形量在2cm,Z方向上的局部卸荷回弹最大值在16cm左右,并且运行期边坡变形经过较短时间的发展后,很快趋于稳定,因此从变形发展趋势的角度看,清坡边坡后,岸坡在运行期整体稳定性良好;
③边坡清坡减载后,剪应力主要集中在坡脚以及上覆地层与下伏地层接触面上、剪应变增量裂隙密集带及坡脚;
(7)针对坝址区岸坡开挖前后的应力、应变及位移的分析,则结合稳定性计算,建议采用削坡减载锚固等有效措施进行治理。