黄河某水电工程岸坡倾倒变形特征及处治措施研究

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已建成的水电工程位于青海省贵德县境内,设计正常蓄水位2452m,总库容10.56×108m3,总装机容量4200MW。坝址区地质条件复杂,受库岸边坡强烈的倾倒变形影响,目前大坝右岸边坡在水库蓄水后有很明显的变形,坡顶后缘平台拉裂缝不断延伸,平台下错近30余米,坡表有明显变形现象,严重威胁水电工程运营和坝区人民的安全。本文以该水电工程右岸边坡为例,在前人研究成果的基础上,结合岸坡变形监测数据,采用地质分析和数值模拟分析相结合的方法,对岸坡变形特征、变形演化机理和潜在破坏范围进行分析研究,制定合理的治理方案,具体内容和取得的研究成果如下:(1)岸坡由块状花岗岩构成,其稳定性主要受4组优势结构面控制。根据已有平硐勘探资料,并结合前期研究成果,建立岸坡倾倒变形程度分级体系及相应的岸坡地质模型。(2)从岸坡变形区范围及特征出发,分析确定岸坡变形边界及变形范围。与此同时,结合岸坡变形监测数据,分析岸坡各部位变形特征,结果表明:研究区岸坡主要变形区为2#梁向上游至5#梁,方向朝向河床稍偏上游;变形区各部位变形速率受水库水位变化影响明显,且降雨对坡表变形有影响,特别是暴雨对坡表变形影响较大;钻孔深部测斜仪监测资料表明,在监测范围内,岸坡没有沿某一固定不利结构面滑动的情况。(3)两期三维激光扫描数据的对比分析发现:岸坡顶部平台整体变形以垂直向下为主,且此变形现象仍将在未来很长一段时间持续发生;主要变形区2#、3#、4#、5#梁中上部水平和垂向变形均较明显,特别是地形突变部位的变形量较大,预计后期仍将以此变形为主;低高程坡面各山梁以水平向岸外变形为主,其中5#梁下部有塌滑迹象;变形区上游边界双黄梁与1#梁有相同的变形规律,稳定性较好。(4)综合分析岸坡变形与各影响因素之间的作用机制,并结合物理模拟试验,研究岸坡变形演化机理。与此同时,通过UDEC离散元数值模拟,分析岸坡在天然、蓄水、蓄水+地震工况下的变形破坏特征。天然工况下,坡体倾倒变形的弯折带主要集中在A区和B1区岩体的分界线部位;而在蓄水和地震工况下,倾倒变形弯折带向内部延伸到B2区和C区岩体的分界线部位。(5)结合对岸坡变形特征,破裂机理及危害性定性分析的基础上,通过3DEC数值模拟分析了岸坡开挖前、开挖后以及开挖后加支护条件下的变形情况,结果表明:开挖前岸坡变形主要集中在A区和部分B区岩体中,变形较大;开挖后岸坡变形得到有效控制,但是由于开挖岩体引起的卸荷回弹,开挖面以及顶部后缘出现了张拉变形,局部稳定性受到影响;开挖后加支护措施能有效控制由开挖引起的变形。(6)采用刚体极限平衡理论对岸坡开挖支护后进行了不同工况的稳定性计算,结果表明:天然工况下岸坡开挖支护后的稳定性系数满足相关规范要求,且有较大的安全裕度;即使在暴雨+地震的极端工况下,稳定性系数仍在1.2以上,处于稳定状态。
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