沙坪一级水电站左岸坝肩边坡岩体结构特征及稳定性研究

作     者：张津铭 zhangjinming

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石豫川

授予年度：2020年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：沙坪一级水电站 左岸坝肩边坡 岩体结构 力学参数 边坡稳定 

摘      要：拟建大渡河沙坪一级水电站位于四川省乐山市峨边县及金口河区境内,属大渡河中游河段的中部,总装机容量为360MW,坝型为混凝土闸坝,最大坝高63m。沙坪梯级水电站是大渡河中游22个规划梯级中的第20个梯级。坝址区内发育区域断层F,贯穿坝址上、下游,走向与河流流向大致相同,倾向左岸山体内侧,倾角60o～80o。受F断层影响,左岸边坡岩体风化卸荷作用强烈,卸荷拉裂变形较为严重,岩体较破碎,存在坝肩渗漏及边坡稳定问题,直接关系到工程施工期及完工运行后蓄水等安全,因此对左岸坝肩边坡的岩体结构及稳定性分析研究是十分重要的。本文以大渡河沙坪一级水电站推荐坝址金口河坝址左岸边坡为研究对象,在查阅了前期相关研究成果,对坝址区进行了现场野外地质调查,并进行相关室内试验后,对左岸边坡的工程地质条件、边坡岩体结构特征、区域断裂结构面的工程特征、岩体与结构面强度参数、岩体质量分类、边坡的变形及稳定性进行了系统的研究。根据对坝址区内左岸边坡影响较大的F断层(Ⅰ级结构面)发育特征、工程性状及其产生的构造影响,结合左岸坝肩边坡的边坡岩体结构质量分类和相应现场、室内试验参数,采用地质分析法、刚性极限平衡法和数值模拟分析法等方法,对左岸自然边坡及其开挖后的变形特征进行深入分析,并给出了稳定性评价。通过系统的分析研究,本文主要取得以下成果:(1)沙坪一级水电站工程所在区域的构造条件复杂,区域构造稳定性分级为稳定性较差。工程所在区域相应地震基本烈度为Ⅶ度。左岸近河床部位存在岩脉侵入,侵入脉岩主要为蚀变辉绿岩及花岗斑岩。根据调查,区域断层F位于坝址区,且地层经多次地质构造作用,岩石已呈不同程度的变质,地层倾角较陡,坝址左岸白云岩岩层产状为:N20o～40oE NW∠50o～70o。边坡岩体卸荷及表部风化作用较为强烈,表部岩体较破碎。受陡倾结构面影响,左岸坝肩边坡地下水埋藏较深,雨季降水很快流失,对边坡影响不大。(2)根据野外调查以及室内统计分析可知,左岸坝肩边坡存在Ⅰ级～Ⅴ级结构面,其中对左岸结构及稳定性影响较大的为区域大断裂F(Ⅰ级结构面),产状为N0o～40oE NW∠60o～80o,压性,地表未见露头。边坡断层走向主要为NNE向,次为NE、NNW向,并以陡倾角最为发育,缓倾角相对不发育,断层性质以压性为主,主要属岩块岩屑型。坝肩边坡节理裂隙从产出方向看,左岸优势方位主要以NNW、NNE向为主,平行发育,断续延伸,且陡倾角结构面占有绝对优势,缓倾角结构面次之。(3)综合运用定性与定量相结合的方法对边坡的岩体质量评价分析。得出左岸坝肩边坡岩体质量向山内依次为Ⅴ、Ⅳ与Ⅲ类岩体,其中以Ⅴ类岩体为主,岩体整体较为破碎,大部分分布在边坡表面强风化卸荷处与边坡深处受F断层(Ⅰ级结构面)构造影响发育的断层破碎带及受影响的周围岩体区域;Ⅳ类岩体主要是由断层挤压破碎带,岩脉发育,水位等为主导因素的部分弱风化岩体;Ⅲ类岩体比重最少,主要为边坡深处微风化完整性较好岩体。同时根据边坡岩体质量分级,参照规范中相应类别岩体参数建议值,结合工程地质类比法、室内岩体力学实验和现场试验资料综合确定岩体力学参数。同时,对断层带结构力学性质进行现场及室内试验,得到关于F断层的相关物理试验性质成果,可为边坡稳定系分析、实际边坡设计提供参考。(4)采用地质分析法、刚性极限平衡法和数值模拟分析法等方法,严格按照施工工序分层次,较系统的分析评价了左岸坝肩边坡稳定性。分析表明左岸坝肩边坡随施工开挖以及后期蓄水运营过程中,边坡体内的浸润线也逐渐抬升,且蓄水对边坡体内影响深度增加;铁路路基的沉降量表现为内侧小,外侧大的趋势;在一级开挖完成后,左岸上部覆盖层及边坡整体相对稳定,铁路路基边坡的局部稳定性相对较低,部分计算工况处于不稳定状态,因此对铁路路基边坡需要及时支护。