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拟建的牙根二级水电站是雅砻江中游规划的第三个梯级电站,设计重力坝最大坝高153m,右坝肩及缆机平台边坡开挖高度近300m,最大开挖深度近100m。边坡断裂、裂隙发育,地质条件复杂,尤其是右坝肩及缆机平台边坡发育一组顺坡缓倾小断层及裂隙密集带,受其控制,边坡变形强烈,浅表岩体松弛拉裂,稳定性较差,工程开挖边坡存在极大的安全隐患。因此,研究右坝肩及缆机平台边坡稳定性,进而提出相应的支护措施建议,对确保工程施工安全具有重要的实际意义。
本文在查明边坡赋存的地质环境条件及边坡的工程地质特性基础上,对边坡岩体结构及变形破裂特征进行研究,确定了边坡的变形破坏模式,在此基础上,建立边坡边坡变形破坏机制的概念模型,采用地质分析和刚体极限平衡法分别对边坡稳定性进行定性和定量评价,最后采用FLAC3D数值计算方法对边坡开挖前后应力、应变状况进行模拟,对边坡稳定性作出全面综合的判断。取得了以下主要认识。
(1)右坝肩及缆机平台边坡出露基岩为燕山早期黑云二长花岗岩,以发育NE向陡倾结构面及NW向缓倾角顺坡结构面为主要特征。边坡岩体中断裂、裂隙发育,结构面按规模可分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级,其中Ⅲ级、Ⅳ级结构面发育密度较高,按产状可分为NE向陡倾、(近)EW向陡倾、NW向缓倾结构面三(四)组,Ⅴ级结构面主要发育①、⑥、⑧、③、⑨等五组。
(2)边坡岩体风化卸荷主要沿已有断裂、裂隙发展,受岩体结构控制,边坡岩体风化卸荷作用强烈,弱上风化水平深度可达60m,强卸荷水平深度可达108m,尤其是浅表部岩体已强烈松弛,弱卸荷最大水平深度可达153m。边坡岩体质量分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四类,其中以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级岩体为主。
(3)受NW向顺坡缓倾小断层及裂隙(⑥、⑧组)控制,边坡岩体主要发生向河谷方向的剪切滑移变形,变形最大发育深度可达108~150m,最大滑移变形量可达5m以上(PD53平硐f5303),边坡变形破坏模式为滑移-拉裂式破坏。
(4)自然边坡稳定性主要受控于坡体中发育的fh01、fh02、f5303、f4503、f6303、f6507等一系列性状较差,力学强度低的顺坡小断层,自然边坡稳定性较差。潜在不利组合以这些顺坡小断层作为底滑面,以NNE或NWW向陡倾断层作为后缘拉裂面,横河向陡倾长大断层则构成侧向割裂面。
在岩体结构及变形破裂特征基础上,建立了边坡可能的潜在不稳定组合块体,并用刚体极限平衡法对其进行稳定性计算。自然边坡稳定性计算结果表明:天然工况下边坡处于稳定状态,暴雨工况下边坡整体处于基本稳定状态,局部块体处于极限平衡状态,存在一定的安全隐患,地震工况下边坡整体处于潜在不稳定状态,以fh01、f5301、f6303、f6507作为底滑面的局部块体处于不稳定状态。
(5)工程边坡稳定性主要受控于顺坡缓倾断层fh01、fh02、f6303、f6507。稳定性计算结果表明:天然工况下边坡整体处于稳定状态,局部组合块体处于不稳定状态。暴雨工况下边坡整体稳定性处于不稳定状态~基本平衡状态,以fh01、fh02、f6303、f6301、f6507作为底滑面的局部组合块体处于不稳定状态,地震工况下,边坡整体及局部均处于不稳定状态。
(6)采用FLAC3D数值分析对边坡开挖前后应力、位移变化、剪应变增量及塑性区分布范围及发展趋势进行模拟。计算结果表明,工程开挖后边坡主要沿缓倾断层产生较大水平位移,尤以fh01为甚,剪应变增量及塑性区沿缓倾断层发展,稳定性差。
(7)根据稳定性评价结果,对右坝肩及缆机平台边坡不同部位提出了相应的支护措施,对随机不稳定块体主要采用挂网喷浆及加强锚杆支护,对规模相对较大的潜在不稳定块体主要采用预应力锚索支护。
本文在查明边坡赋存的地质环境条件及边坡的工程地质特性基础上,对边坡岩体结构及变形破裂特征进行研究,确定了边坡的变形破坏模式,在此基础上,建立边坡边坡变形破坏机制的概念模型,采用地质分析和刚体极限平衡法分别对边坡稳定性进行定性和定量评价,最后采用FLAC3D数值计算方法对边坡开挖前后应力、应变状况进行模拟,对边坡稳定性作出全面综合的判断。取得了以下主要认识。
(1)右坝肩及缆机平台边坡出露基岩为燕山早期黑云二长花岗岩,以发育NE向陡倾结构面及NW向缓倾角顺坡结构面为主要特征。边坡岩体中断裂、裂隙发育,结构面按规模可分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级,其中Ⅲ级、Ⅳ级结构面发育密度较高,按产状可分为NE向陡倾、(近)EW向陡倾、NW向缓倾结构面三(四)组,Ⅴ级结构面主要发育①、⑥、⑧、③、⑨等五组。
(2)边坡岩体风化卸荷主要沿已有断裂、裂隙发展,受岩体结构控制,边坡岩体风化卸荷作用强烈,弱上风化水平深度可达60m,强卸荷水平深度可达108m,尤其是浅表部岩体已强烈松弛,弱卸荷最大水平深度可达153m。边坡岩体质量分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四类,其中以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级岩体为主。
(3)受NW向顺坡缓倾小断层及裂隙(⑥、⑧组)控制,边坡岩体主要发生向河谷方向的剪切滑移变形,变形最大发育深度可达108~150m,最大滑移变形量可达5m以上(PD53平硐f5303),边坡变形破坏模式为滑移-拉裂式破坏。
(4)自然边坡稳定性主要受控于坡体中发育的fh01、fh02、f5303、f4503、f6303、f6507等一系列性状较差,力学强度低的顺坡小断层,自然边坡稳定性较差。潜在不利组合以这些顺坡小断层作为底滑面,以NNE或NWW向陡倾断层作为后缘拉裂面,横河向陡倾长大断层则构成侧向割裂面。
在岩体结构及变形破裂特征基础上,建立了边坡可能的潜在不稳定组合块体,并用刚体极限平衡法对其进行稳定性计算。自然边坡稳定性计算结果表明:天然工况下边坡处于稳定状态,暴雨工况下边坡整体处于基本稳定状态,局部块体处于极限平衡状态,存在一定的安全隐患,地震工况下边坡整体处于潜在不稳定状态,以fh01、f5301、f6303、f6507作为底滑面的局部块体处于不稳定状态。
(5)工程边坡稳定性主要受控于顺坡缓倾断层fh01、fh02、f6303、f6507。稳定性计算结果表明:天然工况下边坡整体处于稳定状态,局部组合块体处于不稳定状态。暴雨工况下边坡整体稳定性处于不稳定状态~基本平衡状态,以fh01、fh02、f6303、f6301、f6507作为底滑面的局部组合块体处于不稳定状态,地震工况下,边坡整体及局部均处于不稳定状态。
(6)采用FLAC3D数值分析对边坡开挖前后应力、位移变化、剪应变增量及塑性区分布范围及发展趋势进行模拟。计算结果表明,工程开挖后边坡主要沿缓倾断层产生较大水平位移,尤以fh01为甚,剪应变增量及塑性区沿缓倾断层发展,稳定性差。
(7)根据稳定性评价结果,对右坝肩及缆机平台边坡不同部位提出了相应的支护措施,对随机不稳定块体主要采用挂网喷浆及加强锚杆支护,对规模相对较大的潜在不稳定块体主要采用预应力锚索支护。