库水位升降对某边坡地下水渗流场及稳定性的影响研究

作     者：唐亚辉 tangyahui

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓辉

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：库岸边坡 库水位升降 物理模拟 渗流场 稳定性评价 

摘      要：我国西南地区由于其特殊复杂的地质环境条件,致使此地区以滑坡、崩塌为典型的斜坡地质灾害特别的发育,每年因地质灾害造成的人员伤亡与经济损失位均高居全国之首。随着我国西部大开发战略和“西电东送工程的持续推进,西南地区在建或拟建的水利水电工程越来越多。库岸边坡作为长期受库水作用的一种边坡类型,除地震和人为因素外,库水位升降是影响其稳定性的主要因素,其稳定性直接影响着水利水电工程是否能正常运行。库水位升降影响库岸边坡的稳定性,易触发大型斜坡地质灾害,是由于其特殊的边界条件、物质组成、变形特征和固-液耦合的敏感性。库水位升降致使库岸边坡内部地下水位、水文地质条件和岩土体物理力学性质发生改变,对库岸边坡的渗流场和稳定性产生较大的影响。阐明库水位升降触发大型斜坡地质灾害的发生机理,尤其是对库岸边坡的渗流场变化规律和稳定性的影响,对水利水电工程的正常运行及地质灾害的防治具有重要的理论及现实意义。本文以拟建的古水水电站为地质背景,选取其坝前堆积体为研究对象。通过收集整理相关文献资料,了解到电站相关的勘察设计单位和学者已对边坡中的倾倒变形体做了较深入的研究,并认为仅在库水位升降条件下倾倒变形体能保持良好的稳定性。因此本文以堆积体上伏的冰水堆积体为主要研究对象,研究其在库水位升降条件下的渗流场和稳定性变化规律,仅对倾倒变形体进行稳定性校核。在野外详细调查基础上,研究了边坡岩土体的结构特征,并分别采用物理模拟试验和数值模拟计算对冰水堆积体在库水位升降条件下的渗流场进行了研究,比较分析了物理模拟试验和数值模拟计算的结果。最后将数值模拟计算得到的地下水浸润线代入稳定性计算中,分别采用改进的传递系数法和SLOPE/W对冰水堆积体和倾倒变形体在库水位升降条件下的稳定性进行计算和校核,并分析评价其稳定性。通过本文的研究得到了以下成果:(1)研究区堆积体由倾倒变形体和冰水堆积体两部分组成,倾倒变形体的整体性差,结构面非常发育。研究区发育一条几乎平行于岩层产状的F1断层,且有次生产物小断层的发育。平硐内发育多条挤压面和倾倒变形折断面,在硐身前半部分更为明显。冰水堆积体的碎块石粒径以1000cm为主,含量约占700%,较为紧密,无明显架空现象,密实度为中密实,堆积体底部有一定的泥质胶结。(2)坡体内的孔隙水压力随水位的变化而变化,孔隙水压力值的变化幅度与水位变化的幅度呈正相关关系,与测点的高程呈负相关关系。高程越高,其孔隙水压力的变化滞后于水位的变化的现象越明显。(3)虽然数值模拟计算值与物理模拟试验值不完全一致,但两者在库水位升降条件下孔隙水压力变化的动态规律基本一致。坡体浸润线随水位的变化而变化,且滞后于水位的变化,坡体深处滞后表现地更为明显。在暂停蓄水或排水时,坡体浸润线逐渐平缓直至形成稳定的地下水渗流场。(4)边坡的稳定性评价:(1)冰水堆积体在蓄水前的天然状态下的局部和整体稳定性都良好。(2)水位上升至正常蓄水位,冰水堆积体的整体稳定性较好。水位上升条件下,稳定系数先下降后增大,暂停蓄水后稳定系数变化不大。(3)水位下降至设计死水位,冰水堆积体的整体稳定性较好,水位下降条件下,稳定系数先下降后增大。(4)冰水堆积体在库水位变化范围内可能发生局部失稳破坏,倾倒变形体仅库水位升降条件下的稳定性良好。综上所述,天然状态下边坡的稳定性最好,库水位下降条件下的稳定系数小于库水位上升条件,稳定系数降低8%左右,说明库水位下降条件下对边坡的稳定性影响大于库水位上升。库水位升降对冰水堆积体的稳定性影响较大,而对倾倒变形体的稳定性影响较小。