澜沧江苗尾水电站引水隧洞进水口边坡及围岩稳定性研究

作     者：张浴阳 zhangyuyang

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巨能攀;胥良

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：引水隧洞 倾倒变形 流变 进水口边坡 围岩稳定性 

摘      要：澜沧江苗尾水电站是澜沧江上游规划河段的最下游一个梯级水电站。拟建坝体为心墙堆石坝,最大坝高139.80m,水库正常蓄水位1408.0m,相应库容6.60亿m3,死水位1398m,相应库容为5.01亿m3,采用坝后式明厂房,其进水口边坡坡高71m,EL1370高程坡宽仅有约110m,需开挖4条净跨为12m的引水隧洞,这将使得相邻隧洞之间的中轴线间距仅为26.5m,隧洞间岩墙厚度仅不到15m。在狭窄的倾倒变形坡体内部开挖如此密集的洞群,洞室围岩的稳定性如何,洞室开挖对边坡稳定性有何影响,成为工程设计和施工部门关注的重要工程问题。结合以上问题,本文以澜沧江苗尾水电站引水隧洞群所在回石山梁为研究对象,采用地质和数值模拟分析法,深入研究了工程开挖条件下,进水口边坡在引水隧洞群开挖前后的应力-变形特征,以及隧洞群围岩的稳定性评价。通过较为系统的研究分析,本文主要取得了以下的研究成果和基本认识:(1)根据前期地质勘察资料,结合施工期地质露头条件下的现场调查和复核,系统地分析了洞址区的工程地质条件,查明边坡和隧洞围岩的岩体结构及倾倒变形特征,结果表明:出露地层主要为J2h1,J2h2中层状砂板岩、板岩、千枚岩以及变质石英砂岩;洞址区主要发育Ⅲ级结构面;边坡开挖后剩少部分A、B1、B2倾倒变形岩体和部分C倾倒变形岩体。(2)采用土体和岩石的三轴流变实验系统,分别对层间破碎带和软岩进行常规及流变物理力学特性试验,表明:层间破碎带及软岩的的应力-应变关系曲线,都可分为4个阶段:压密阶段,弹性变形阶段,塑性变形阶段,破坏阶段。层间破碎带的蠕动变形特征符合Burgeers流变力学模型,其蠕变本构方程为:层间破碎带进入流变阶段的长期抗剪强度指标:c为46kpa,?为27°,仅为瞬时强度的0.52.58倍。同理,得出软岩的Burgeers流变力学模型的本构方程,其长期抗剪强度指标为c为4.92Mpa,?为38°,仅为瞬时强度的0.81.83倍。(3)结合苗尾水电站洞址区进水口边坡的总体结构特征,对进水口边坡变形过程及稳定性做了研究,结果表明:边坡开挖后,天然工况下坡体较稳定,暴雨工况下坡体欠稳定,存在局部或整体失稳的可能。支护后,经边坡变形监测资料数据反馈分析,支护后的进水口边坡处于稳定状态。(4)通过有限差分FLAC3D数值模拟对引水隧洞群开挖前后进水口边坡的变形特征进行了分析,结果表明:进水口边坡在引水隧洞开挖前变形主要集中在边坡A类岩体中,隧洞开挖后提供了新的变形空间,导致了边坡的变形向深部发展,且新增了剪应力区和塑性区,其稳定性受到影响。(5)采用数值模拟方法,对隧洞群安全间距和施工方案进行分析。结果表明:设计提出的26.5m间距能够满足安全的需要;3种开挖方案数值计算的定量指标基本相当,考虑对各引水隧洞之间具有相互影响,建议先开挖1#、3#,后开挖2#、4#引水隧洞。