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千枚岩倾倒变形岩体饱水软化效应试验研究

地下水 2023年第2期45卷 8-12页

作者：帅攀赵伟华周怡劼成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

随着越来越多大型、巨型水电工程建设与蓄水运行,广泛分布于库区的大规模深层倾倒在库水长期浸泡作用下的稳定性如何也受到越来越多的关注。千枚岩作为一种软岩,由其组成的倾倒变形体在遇水后容易变形失稳。本文通过室内实验的手段,首... 详细信息

随着越来越多大型、巨型水电工程建设与蓄水运行,广泛分布于库区的大规模深层倾倒在库水长期浸泡作用下的稳定性如何也受到越来越多的关注。千枚岩作为一种软岩,由其组成的倾倒变形体在遇水后容易变形失稳。本文通过室内实验的手段,首先对不同倾倒程度的千枚岩体的物理性质指标进行了对比,然后通过单轴压缩、三轴压缩实验对不同倾倒程度的千枚岩体在不同饱水时间条件下的力学性质的变化开展了研究,最后归纳总结了千枚岩倾倒变形岩体的饱水软化效应。结果表明:(1)千枚岩的破碎程度随饱水时间增加而增大;(2)饱水后千枚岩的单轴抗压强度、峰值应力、抗剪强度等力学参数相比于干燥状态的岩石都会降低;(3)倾倒变形程度小的千枚岩,其力学参数衰减幅度要大于倾倒变形程度大的千枚岩,说明水对倾倒变形程度小的千枚岩力学性质影响更大。本文成果可对千枚岩倾倒变形体在库水长期作用下的软化失稳机理提供一定的参考。

关键词：千枚岩倾倒变形体物理力学试验水-岩相互作用饱水软化

澜沧江上游典型倾倒—滑动组合型滑坡特征及形成机理的数值模拟

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水电能源科学 2016年第11期34卷 133-136,181页

作者：曾阳益邓辉张咪涂国祥成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

鉴于目前倾倒-滑动组合型滑坡的变形特征及形成机理研究尚少,以云南省澜沧江上游两处典型的大型倾倒-滑动组合型滑坡(争岗滑坡、根达坎滑坡)为例,通过现场工程地质调查,分析了该类滑坡发生倾倒变形破坏的基本特征,并利用离散元模型对其... 详细信息

鉴于目前倾倒-滑动组合型滑坡的变形特征及形成机理研究尚少,以云南省澜沧江上游两处典型的大型倾倒-滑动组合型滑坡(争岗滑坡、根达坎滑坡)为例,通过现场工程地质调查,分析了该类滑坡发生倾倒变形破坏的基本特征,并利用离散元模型对其形成机理进行数值模拟。结果表明,该类倾倒变形主要发育在临空条件较好、软硬岩体相间、较广范围硬岩、岩体倾角大于75°的边坡中;岩体依次经历弯曲、倾倒、折断、坠覆,从而形成倾倒体;硬岩内受剪切作用发育多条顺坡向软弱层带;折断面相继贯通,且超过其抗剪强度,坡体沿倾倒折断面及软弱层带发生滑动破坏,进而形成滑坡。

关键词：澜沧江上游倾倒变形体倾倒—滑动滑坡形成机理

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西南某水电站坝前复杂边坡稳定性分析与评价

西南某水电站坝前复杂边坡稳定性分析与评价

作者：郭涵宇成都理工大学

学位级别：硕士

拟建的西南某水电站坝址位于云南省德钦县澜沧江上游河段上,是云南省境内澜沧江上游水电规划梯级开发的第一级,属龙头水库,上游与位于西藏昌都地区芒康县盐井乡境内的古学梯级水电站衔接,下游接果念梯级水电站。紧邻上坝址上游左岸部位... 详细信息

拟建的西南某水电站坝址位于云南省德钦县澜沧江上游河段上,是云南省境内澜沧江上游水电规划梯级开发的第一级,属龙头水库,上游与位于西藏昌都地区芒康县盐井乡境内的古学梯级水电站衔接,下游接果念梯级水电站。紧邻上坝址上游左岸部位,分布有一大型冰水堆积体,并且下伏基岩存在强烈的倾倒变形,边坡一旦发生整体失稳破坏将会极大的威胁拟建上坝址的安全和电站正常运行的安全。本文以该边坡为研究对象,在对边坡的区域地质背景、工程地质环境条件,以及对冰水堆积体的结构特征、物理力学性质、倾倒变形体的结构特征的研究基础上,对倾倒变形体成因机制进行了分析;然后,通过对坝前边坡在蓄水后的变形破坏机制的研究,并且运用极限平衡法和数值计算的方法对坝前边坡的稳定性进行了分析评价。论文内容和成果主要有以下几点。(1)整个坝前堆积体由分布于基覆界线部位的局部河流相砂卵石层,冰水堆积体,堆积体前缘的河流相砂卵石层三部分组成。冰水堆积体的物质组成以碎块石为主,局部具弱泥质胶结,几乎未见明显架空现象,颗粒之间有一定的定向排列,和一定的成层现象。(2)倾倒变形体的形成和发展大致可以分为以下三个过程:①第一阶段,澜沧江河谷的快速下切使区内应力场产生显著调整,其结果表现为最大主应力为顺坡向的强烈压应力,最小主应力表现为垂直坡向的拉应力。由于应力条件的改变导致岩层向坡外临空方向挤出和向河谷方向倾倒变形。②第二阶段,在上述应力场的作用下使得断层上方岩体向临空方向产生卸荷回弹(由于各层岩体的性质差异,主要表现为差异回弹),岩体结果变得较为破碎,岩体变形存在明显的扩容现象,同时由于F1断层的压缩-倾倒变形的存在,进一步促使上部岩体产生向下的倾倒变形,倾倒过程中产生的巨大弯矩导致岩层根部产生平行坡面的“V”张裂缝。③后期受风化卸荷作用,应力场的再次调整导致F1断层部位进一步产生压缩-倾倒变形,进而使得上部岩体也随之向下进一步倾倒,从而导致“V”型张裂缝进一步扩展,直至形成折断面,最后在折断面部位形成一定范围的塑性破坏区。(4)采用极限平衡法和数值计算的方法对堆积体在各种工况条件下的稳定性分析表明:①天然状态下和持续暴雨条件下,整个坝前堆积体的稳定性良好,无论是局部还是整体其稳定性系数均能满足工程要求;②蓄水前在暴雨+Ⅶ度地震条件下冰水堆积体中前缘稳定性处于极限平衡状态,将可能出现局部的失稳破坏;冰水堆积体整体稳定性较好;③蓄水状态下,坝前堆积体中的冰水堆积体能够保持稳定性状态,但安全储备较低,整体稳定性良好。④蓄水条件下,倾倒变形体的稳定性良好。但由于倾倒变形体内结构面极为发育,岩体结构极为破碎,因此不排除在不利因素影响下产生局部崩塌形式的失稳破坏。⑤蓄水后在考虑Ⅶ度地震条件下,冰水堆积体中前缘很可能发生局部失稳破坏,整体稳定性较好。⑥泄洪条件下,岸坡可能的失稳范围来看,主要限于水位变动带范围内的岸坡岩土体,岸坡出现整体失稳的可能性较小。综上所述,蓄水以前在不考虑Ⅶ度地震的条件下坝前堆积体无论是局部稳定性还是整体稳定性均较好;若考虑发生Ⅶ度以上地震并同时遭遇持续暴雨这种极端条件,冰水堆积体前缘将将可能产生局部失稳破坏,但其整体稳定性较好。蓄水后在不考虑地震条件下坝前堆积体整体上处于稳定状态,但其中的冰水堆积体前缘局部的稳定性安全储备偏低;在考虑Ⅶ度地震条件下坝前堆积体中的冰水堆积体中前缘将可能出现局部失稳破坏,但整体稳定性较好。计算结果表明区内倾倒变形体能够保持稳定状态。

关键词：冰水堆积体倾倒变形体变形破坏机制稳定性

岩质斜坡倾倒过程与堆积体变形失稳机理研究——以南洞子滑坡为例

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岩质斜坡倾倒过程与堆积体变形失稳机理研究——以南洞子滑坡为例

作者：孙昊成都理工大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展,人类工程活动范围不断扩张,大量岩质斜坡倾倒变形现象在水电、公路和矿山等边坡中被揭露和发现,引起了众多学者的关注。近年来,针对倾倒变形体的研究成果不断涌现,但研究对象多针对发育于纵向河谷的倾倒变形体,且大... 详细信息

随着社会经济的发展,人类工程活动范围不断扩张,大量岩质斜坡倾倒变形现象在水电、公路和矿山等边坡中被揭露和发现,引起了众多学者的关注。近年来,针对倾倒变形体的研究成果不断涌现,但研究对象多针对发育于纵向河谷的倾倒变形体,且大多发育于青藏高原东侧深切河谷上游,对横向河谷倾倒变形体研究相对较少。由此,本文研究的南洞子滑坡地处冀北辽西地区,为一处横向河谷发育的倾倒变形体。受前缘公路开挖坡脚影响,发生局部变形失稳,后采用削方减载+截排水沟方案进行应急治理,投入了大量的人力物力,治理费用高达2000余万元,但治理后其变形仍未得到有效控制,变形现象不断加剧,部分治理工程失效。因此对南洞子滑坡的倾倒变形过程和失稳机制进行研究是十分有必要的。本文从倾倒变形体的坡体结构、倾倒变形过程演化、倾倒变形力学机制、堆积体变形失稳机制和防治措施评价预测等多方面展开系统研究,具体研究内容如下:(1)利用钻孔数据和野外调查分析斜坡变形破坏的发育分布规律和坡体结构,进行工程地质分区。(2)运用自然历史分析法深入分析斜坡倾倒变形的演化过程、影响因素和力学机制。(3)研究滑带土的矿物成分、微观结构和不同含水率下力学强度,分析滑带土遇水软化特性。基于位移监测数据,研究坡体变形与降雨之间的关系,分析堆积体斜坡的变形失稳机制和影响因素。(4)采用数值模拟对斜坡在多次开挖过程及降雨工况下的应力应变和位移情况与监测数据进行比对分析,验证堆积体斜坡的变形失稳机制,基于变形情况对防治措施预期效果评价。得出如下结论:(1)发现斜坡岩体朝上游冲沟侧存在明显的倾倒变形现象,两侧边界分别受上下游冲沟控制。并根据钻孔揭露岩芯的岩层倾角、卸荷特征和风化特征等分级指标由外到内将斜坡岩体划分为坠覆体区(A)、强倾倒变形区(B)、弱倾倒变形区(C)和原始基岩区(D)。(2)从地质构造、地形临空条件、地层岩性和岩体组合等四个方面分析斜坡发生倾倒变形的影响因素,认为南洞子倾倒变形体的形成经历了卸荷回弹层间错动阶段、软弱基座压缩岩层弯曲拉张阶段、板梁根部折断阶段和切层蠕滑重力坠覆阶段,并对其力学机制进行分析。(3)对滑带土的遇水软化特性进行研究,发现滑带土中粘土矿物含量较高,力学强度具有明显的遇水软化特性。分析变形监测数据认为滑坡的变形与降雨的关系极为密切,变形程度总体为滑坡后缘侧大于前缘侧,并且后缘滑体发生变形的时间也早于前缘滑体。认为该斜坡的变形破坏机制为推移式,地质力学模式为蠕滑-拉裂。其变形失稳机制为:斜坡岩体多次开挖后出现应力松弛和局部应力集中现象,加剧了斜坡变形。并且由于斜坡岩体松散,风化程度严重,透水性好。斜坡的有效应力和抗滑力出现明显下降,致使堆积体沿着强倾倒底界滑动。(4)通过Flac3D软件分析斜坡在多次开挖和降雨工况下堆积体斜坡内部的应力应变变化和稳定性,通过数值模拟计算发现,堆积体斜坡天然条件下的整体稳定性较好,处于稳定状态,在降雨工况下,堆积体斜坡处于欠稳定状态。基于斜坡变形破坏特征,提出了抗滑桩+格构锚索联合支挡和双排抗滑桩支挡两种防治方案,通过综合对比,认为方案二的双排抗滑桩方案更为合理。

关键词：倾倒变形体变形特征演化机制数值模拟防治措施

库水作用下锦屏一级坝区左岸工程边坡稳定性研究

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库水作用下锦屏一级坝区左岸工程边坡稳定性研究

作者：钟传贵成都理工大学

学位级别：硕士

锦屏一级水电站是雅砻江干流水能资源最富集的中、下游河段五个梯级水电开发的第一级,而库区的左岸边坡发育倾倒变形岩体,在工程开挖下,左右岸坡脚均产生了变形,倾倒变形继续发展以及坡体下部岩体软化,尤其是缓倾坡外断层的软化,可诱发... 详细信息

锦屏一级水电站是雅砻江干流水能资源最富集的中、下游河段五个梯级水电开发的第一级,而库区的左岸边坡发育倾倒变形岩体,在工程开挖下,左右岸坡脚均产生了变形,倾倒变形继续发展以及坡体下部岩体软化,尤其是缓倾坡外断层的软化,可诱发边坡的变形。倾倒变形体的稳定性是工程建设中最为关心的问题之一,但目前尚没有一个能较为简便而准确地评价其稳定性的方法。针对上述问题,本文以锦屏一级水电站库区左岸边坡为例在搜集大量地质原始资料的情况下,分析了其变形发育特征,并根据坝区左岸边坡的实际地质剖面建立了模型,而模型所需参数则根据高压渗透实验以及相关规范综合确定,最终根据模拟所得位移与实际监测的位移相对比。最后得出倾倒体在库水作用下变形以及稳定性变化的结论。本文针对倾倒变形体,以工程地质分析、岩体力学为指导,结合实验和数值模拟等技术手段,主要进行了如下研究:(1)分析坝前边坡结构特征、边坡变形迹象、分析其形成条件及影响因素。(2)在倾倒变形体发育特征基础上,通过高压渗流实验得到不同岩性不同倾倒层面岩体的渗透系数。(3)蓄水、骤降过程中倾倒变形边坡渗流场、应力场变化特征,基于流固耦合理论下右坝前边坡各工况稳定性系数与库水位变化间的关系研究。(4)基于监测数据的位移变化,实际现场调查以及模拟变化的对比分析最终得出倾倒体边坡在库水作用下的变形及稳定性变化规律。最后得出了以下结论(1)不含结构面的天然岩体渗透率是砂岩>大理岩>板岩。而含有裂隙结构面的岩体随着结构面倾角的增大,岩体渗透率逐渐增大,同时岩体在受到围压轴压破坏的整个过程中,渗透率在岩体接近破坏时达到最大,破坏后会有一个降低阶段,随后渗透率再次上升。(2)库水位在上升的过程中边坡的地下水位线也随之上升,但在上升初期,由于水体未完全入渗进入坡体,因此浸润线在坡体中上部几乎是平行于坡表,而边坡的最大变形量值和范围也随水位的上升进一步增大,变形最大的区域出现在边坡坡脚区域及坡体中上部,而坡体中部的变形将可能促发坡体大边界条件控制的滑面失稳,库水骤降过程中,边坡表部的浸润线也快速下降,边坡前缘的浸润线较后缘变幅较大,但由于此时下降幅度不大,因此水体还在向坡体内部入渗,在渗透性较好的地段如断层、煌斑岩脉处,水位明显高于其他介质处的水位,此时边坡的X方向位移变化不明显且最大值范围变化较小,边坡X方向位移量值有一定改变,而Y位移值最大值几乎没什么变化,但最大值范围却是不断变化增加,初步判定这是由于库水位骤降时,水位变幅区域饱和岩体中产生的孔隙水压力来不及消散,会对边坡产生向坡外方向的渗透力作用,增加边坡的变形。(3)流固耦合作用下边坡稳定性计算结果表明:蓄水后天然工况、暴雨工况以及天然+地震工况下边坡稳定性系数都超过了1.11(M-P法),处于稳定状态;只是在暴雨+地震工况下,滑面(1)的稳定性系数有所偏小(K=1.03),略低于A类枢纽工程区偶然状况边坡稳定最低标准,应注意蓄水中偶然状况的发生,及时对滑面以上岩体进行相应的支护处理。(4)从定性分析的角度来看监测数据表明目前在大边界条件控制下的坡体其表观位移曲线基本收敛与模拟的稳定性结果较为一致,在定量分析上除开Y方向上位移的量值模拟与实际监测有所差别外,模拟结果与实际监测结果基本吻合。

关键词：倾倒变形体高压渗透数值模拟位移变化稳定性评价

西藏怒江俄米水电站格日边坡变形机制及稳定性分析

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西藏怒江俄米水电站格日边坡变形机制及稳定性分析

作者：周驰词成都理工大学

学位级别：硕士

西藏怒江格日边坡位于俄米水电站下游约1000m处，相对高程很高，顺怒江长度约2290m，为怒江上游的特大型高陡岩质顺向边坡。由于格日边坡与坝址区的直线距离较近，如果其发生不稳滑动以致堵江，水位线将会高于地下厂房的最低高程，从而... 详细信息

西藏怒江格日边坡位于俄米水电站下游约1000m处，相对高程很高，顺怒江长度约2290m，为怒江上游的特大型高陡岩质顺向边坡。由于格日边坡与坝址区的直线距离较近，如果其发生不稳滑动以致堵江，水位线将会高于地下厂房的最低高程，从而造成破坏。研究区出露的岩体主要为古米组（C31g）变质粉细砂岩及千枚状板岩、超基性岩浆岩及第四系堆积物。格日边坡的变形破坏机制及其稳定性问题对电站工程建设的安全起着重要的影响，这些问题的解决对于及早提出针对性的防护对策具有重要意义。本论文主要研究格日边坡各分区的变形机制及稳定性，次要研究格日边坡倾倒变形体、滑坡在不良工况下的破坏模式，滑速计算以及堵江影响。在分析研究区的地质背景条件上，掌握研究区倾倒变形体以及滑坡的发育情况与规模、分区特征，变形特征。通过现场勘查与平硐钻孔资料推测出个分区的底部分界特征。结合格日边坡的基本特征，对其变形影响因素，破坏机制以及成因机制进行分析。利用二维有限元数值分析法对格日边坡各分区的应力场进行分析研究。采用不平衡推力传递系数法与二维有限元数值分析法对格日边坡各分区的稳定性进行计算与评价。采用潘家铮法对不良工况下格日边坡失稳后的滑速进行计算分析，并对堵江高度进行计算分析。通过对格日边坡各分区基本特征的分析研究，可以看出其变形破坏较为明显，多为倾倒-弯曲，倾倒-折断。倾倒变形体的发展过程为河流下切、应力集中阶段，初期卸荷阶段，倾倒-弯曲阶段，倾倒-拉裂阶段，形成贯通面阶段。而滑坡是由倾倒变形体进一步发展而形成的，其失稳机制为弯曲-拉裂进一步转化为滑移-拉裂。二维有限元模拟显示，格日边坡各分区在天然工况下的应力分布都较为均匀，坡体受坡面临空效应，越接近坡面应力值越小，甚至出现了负值。而受岩体岩性与岩层构造影响，格日边坡各分区出现了应力分异现象，部分剖面出现应力集中现象。在暴雨与地震工况下，格日边坡各分区的应力分布也仍然较为均匀，但其应力值较天然工况下的应力值有了明显的增大，在坡脚或后缘岩层处的应力增大现象最为明显。可以看出在暴雨与地震工况下，格日边坡各区的应力场发生了明显的变化，而这些变化将导致坡体稳定性的变化。通过不平衡推力传递系数法与Geo Studio计算模块的进一步计算分析显示，在天然工况下倾倒变形体与滑坡皆处于稳定状态;在暴雨工况下，倾倒变形体处于欠稳定～稳定状态，滑坡处于欠稳定～基本稳定状态;在地震工况下倾倒变形体处于欠稳定～稳定状态，滑坡处于不稳定～基本稳定状态。选取在暴雨工况下处于不稳定～欠稳定状态，且距离坝址区最近的四个分区：QDⅠ区倾倒变形体、QDⅠ区倾倒变形体、HP01滑坡及HP02滑坡，进行堵江分析。通过堵江条件以及滑速计算分析可以看出，格日滑坡的堵江形式为不完全堵江形式。通过堵江高度预测计算，在这四个分区同时滑动时，其堵江高度最大为63.88m。表明了虽然不是完全堵江类型，但堵江高度仍然会影响俄米水电站地下厂房的安全。

关键词：倾倒变形体变形机制应力分析稳定性分析堵江

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层状岩体边坡变形破坏机理分析

路基工程 2014年第2期 153-158页

作者：丁丽萍蔡俊超黄刚成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059 重庆蜀通岩土工程有限公司重庆404100

某边坡是典型的倾倒变形体,其变形破坏的本质是近直立的块状板裂化花岗岩,在重力弯矩的作用下产生结构性弯曲,从而显现出倾倒-折断的变形特征。针对边坡的倾倒变形问题,在掌握其基本地质条件的基础上,建立边坡的离散元数值计算模型,通... 详细信息

某边坡是典型的倾倒变形体,其变形破坏的本质是近直立的块状板裂化花岗岩,在重力弯矩的作用下产生结构性弯曲,从而显现出倾倒-折断的变形特征。针对边坡的倾倒变形问题,在掌握其基本地质条件的基础上,建立边坡的离散元数值计算模型,通过岩体倾倒变形的基本特征的研究分析,得出了该边坡的变形破坏机理发展过程为:初期倾倒变形发展阶段;倾倒-弯曲变形发展阶段;弯曲-折断破裂发展阶段。

关键词：边坡倾倒变形体离散元变形破坏机理