【摘要】：高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題是高山峽谷區(qū)水電站建設(shè)面臨和必須解決的關(guān)鍵工程地質(zhì)問題。如美水電站,位于西藏境內(nèi)的瀾滄江昌都以下河段,是流域規(guī)劃的7個梯級電站中的第5級,上游梯級為班達(dá)水電站,下游梯級為邦多水電站,目前該工程處于可行性研究階段。如美電站右岸岸坡高達(dá)千余米,開挖邊坡665m,壩頂以上永久邊坡高達(dá)350m,地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,主要表現(xiàn)為:結(jié)構(gòu)面發(fā)育、風(fēng)化卸荷強烈、碎裂松動巖體分布廣。本文依托導(dǎo)師科研項目,綜合利用現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)資料收集、室內(nèi)(原位)試驗、數(shù)理統(tǒng)計、理論分析、數(shù)值模擬等手段,以邊坡巖體質(zhì)量分級、運動學(xué)分析、邊坡穩(wěn)定性概率分級(SSPC)方法等為理論基礎(chǔ),對如美電站右岸壩肩高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,具有重要的理論價值和工程實際意義。取得的主要研究成果如下:(1)通過現(xiàn)場調(diào)查、數(shù)理統(tǒng)計、平硐數(shù)字成像解譯等手段,系統(tǒng)研究了邊坡巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征,將巖體結(jié)構(gòu)面分為確定性結(jié)構(gòu)面和隨機結(jié)構(gòu)面。其中,確定性結(jié)構(gòu)面主要包括地表長大裂隙、錯動帶及平硐揭露的小斷層;隨機結(jié)構(gòu)面主要發(fā)育有3組,呈“兩陡一緩”的發(fā)育特征。結(jié)合工程實際情況,建立了如美水電站邊坡巖體結(jié)構(gòu)面分級標(biāo)準(zhǔn),右岸邊坡主要發(fā)育Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面。(2)結(jié)合室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗、現(xiàn)場巖體大剪試驗,采用數(shù)理統(tǒng)計、優(yōu)定斜率法、Heok-Brown估算等方法,綜合確定給出了如美水電站不同巖體質(zhì)量等級、不同風(fēng)化卸荷狀態(tài)對應(yīng)的右岸邊坡巖石、巖體物理力學(xué)參數(shù),確定了硬性結(jié)構(gòu)面、軟弱結(jié)構(gòu)面等不同類型結(jié)構(gòu)面的抗剪強度參數(shù)。(3)將巖體塊度指數(shù)RBI引入邊坡巖體結(jié)構(gòu)分類,基于鉆孔、平硐內(nèi)巖體塊度指數(shù)RBI的統(tǒng)計,對邊坡巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類,結(jié)果表明:如美水電站右岸壩肩邊坡巖體結(jié)構(gòu)主要為次塊狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)。(4)基于PD6、PDZ08、PDZ10等3個平硐詳細(xì)地質(zhì)編錄,結(jié)合室內(nèi)試驗、現(xiàn)場聲波測試,分別采用BQ法、RMR法、CSMR法進(jìn)行了邊坡巖體質(zhì)量分級,分級結(jié)果表明:邊坡巖體質(zhì)量主要為Ⅲ級、Ⅳ級,BQ法、CSMR兩種方法相關(guān)性較好。(5)基于PD6、PD2、PDZ10、PDZ42平硐地質(zhì)編錄數(shù)據(jù),考慮結(jié)構(gòu)面連通率,采用運動學(xué)分析對邊坡穩(wěn)定性及破壞模式進(jìn)行研究。結(jié)果表明:PD6區(qū)域邊坡,當(dāng)結(jié)構(gòu)面連通率45%時,邊坡以楔形體和傾倒破壞為主;連通率45%時,邊坡以傾倒破壞為主。PD2區(qū)域邊坡,連通率≥30%時,邊坡以傾倒破壞為主;連通率30%時,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。PDZ10區(qū)域邊坡,結(jié)構(gòu)面連通率為40%、50%、70%、100%時,邊坡以傾倒破壞為主,其他情況下,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。PDZ42區(qū)域邊坡,結(jié)構(gòu)面連通率≥40%時,邊坡以傾倒破壞為主;其他連通率情況下,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。(6)結(jié)合運動學(xué)分析,基于赤平投影確定了各破壞模式下的邊坡最大穩(wěn)定坡角MSSA;在系統(tǒng)研究邊坡工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,概化出了邊坡典型地質(zhì)模型,結(jié)合邊坡已有變形破壞跡象調(diào)查及分析,預(yù)測邊坡變形破壞模式主要為傾倒、滑移-拉裂。(7)將考慮破壞模式的SSPC方法引入到如美水電工程高陡邊坡穩(wěn)定性評價中,并將邊坡破壞模式分為構(gòu)造控制型和非構(gòu)造控制型兩類。結(jié)合水電工程邊坡勘察特點,優(yōu)化各指標(biāo)選取方法,建立了基于平硐地質(zhì)資料的水電工程邊坡SSPC評價方法。分析結(jié)果表明,邊坡開挖后破壞模式以沿陡傾角結(jié)構(gòu)面傾倒為主,不存在非構(gòu)造控制型的破壞,所得結(jié)果與運動學(xué)分析、數(shù)值模擬結(jié)果一致。本文主要創(chuàng)新點如下:(1)將考慮破壞模式的SSPC方法引入水電工程高陡邊坡穩(wěn)定性評價中,提出了基于平硐地質(zhì)資料的水電工程邊坡SSPC評價方法。(2)改進(jìn)了原始SSPC方法巖石抗壓強度、風(fēng)化程度等評價指標(biāo)的選取及確定方法,根據(jù)平硐聲波測試結(jié)果實現(xiàn)了定量化評價邊坡巖體風(fēng)化程度,克服了相關(guān)指標(biāo)選取的主觀性,對臨界坡高公式進(jìn)行了優(yōu)化并應(yīng)用于如美電站右岸壩肩邊坡的穩(wěn)定性評價中。(3)基于平硐聲波測試與現(xiàn)場巖體變形試驗成果,通過Hoek-Brown準(zhǔn)則反演確定了如美水電站邊坡巖體GSI值與地震波波速的關(guān)系,豐富了SSPC方法中關(guān)于GSI取值的手段。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV223
【圖文】：

2.1 工程概況，位于西藏境內(nèi)的瀾滄江昌都以下河段，是流域規(guī)上游梯級為班達(dá)水電站，下游梯級為邦多水電站段。壩址（參考坐標(biāo)：東經(jīng) 98°19′12″，北緯 29°分別為 48km，390km，1350km。壩址區(qū)內(nèi)無鐵路達(dá)機場 246km，主要對外交通為公路。電站壩址附近路等通過，總體交通條件較好（圖 2.1），但庫區(qū)站控制流域面積 7.94 萬 km2，壩址處多年平均流 億 m3，采用堤壩式開發(fā)。初擬水庫正常蓄水位 2容 39.6 億 m3，最大壩高約 315m，裝機 2100MW標(biāo)準(zhǔn)及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017），該工程等級）型。

圖 2.2 如美水電站壩址區(qū)概貌及樞紐布置效果圖圖 2.3 樞紐區(qū)右岸壩肩邊坡平面圖2.2 地形地貌工程區(qū)地勢總體北高南低，地貌復(fù)雜。壩址所處河段河道彎曲，呈“S”型（圖2.4），水流湍急，轉(zhuǎn)彎段發(fā)育險灘，在中壩址河段，河流從上游容松溝口一帶以S20oE 流向急轉(zhuǎn)為 S84oE，約 1.5km 后流向轉(zhuǎn)為 S12oE，以此流向流出壩址河段。

壩址所處河段河道彎曲，呈“S”型（圖2.4），水流湍急，轉(zhuǎn)彎段發(fā)育險灘，在中壩址河段，河流從上游容松溝口一帶以S20oE 流向急轉(zhuǎn)為 S84oE，約 1.5km 后流向轉(zhuǎn)為 S12oE，以此流向流出壩址河段。

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本文編號：2753304