大渡河沙坪二级水电站坝址左岸堆积体力学参数及稳定性研究

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我国是一个地质灾害频发的国家,尤其是西南地区,崩塌、滑坡、泥石流等浅表生地质灾害异常突出。据中科院统计资料显示,近10余年来泥石流、滑坡造成的经济损失达25亿~40亿元,每年有500~1000人丧生。随着人口的急速增长和土地资源的过度开发,边坡问题已变成同地震和火山相并列的全球性三大地质灾害(源)之一,严重威胁着国家财产和人民生命安全。本文拟研究的堆积体位于大渡河沙坪二级水电站坝址左岸,紧靠坝肩。坝址位于官料河河口上游约230m处,初拟坝型为混凝土闸坝,坝顶高程557m,最大坝高63.0m,坝顶长320.2m。正常蓄水位554m,水库库容2084万m~3,总装机容量为345MW。堆积体沿SWW方向呈喇叭形展布。前缘高程约545m,直抵大渡河;后缘高程790m左右,为坡度陡缓交界处。前后缘高差约245m,纵向长约375m,横向最长可达390m,分布面积约10.6×10~4m~2,平均厚度约20m,体积约200×10~4m~3。如此规模庞大的堆积体恰又位于左岸坝肩部位,其稳定与否,将对坝线选择及电站的安全运营造成严重影响。一旦失稳,将直接危及大坝与其它枢纽建筑的安全,因而有必要对其岩土体的力学参数进行研究,再进一步对其稳定性情况进行深入细致的分析。为准确判断该堆积体的稳定状态,本文在环境地质背景条件研究的基础上,建立其地质力学概念模型。从堆积体基本特征、变形破坏模式、成因机制及影响因素等方面入手,着重针对其覆盖层岩土体的力学参数进行研究。研究方法选取室内试验、经验公式、工程类比和计算反演4种方法,其中室内试验采用大剪试验、真三轴试验和直剪试验。研究结果表明:在这3种试验方法中,大剪试验的统计结果略高,但总体上3种方法的统计值均较为接近。同时,试验方法所得出的参数值处于类比统计值范围之内、略高于经验公式计算值和反演分析结果。将这几种方法的参数取值进行综合对比、统计分析,最终确定该堆积体的计算参数取值。在前述堆积体力学参数研究的基础上,进一步通过数值模拟和极限平衡计算,对堆积体整体和局部稳定性进行预测。极限平衡法分别计算堆积体在天然、暴雨、地震和开挖工况下的整体稳定性。除此之外,针对堆积体前、中、后部潜在不稳定体进行搜索计算。再利用FLAC软件对其进行模拟计算,分析堆积体的应力场、变形场和稳定性特征。研究结果表明:堆积体天然工况下稳定性较好,暴雨工况下处于基本稳定状态,地震工况下处于极限平衡~失稳状态。堆积体前缘由于受开挖的影响,失稳方量相对较大;中部存在有小方量的失稳体;后部无局部不稳定体。与开挖前相比,堆积体坡脚开挖面上部水平位移明显增大,剪应变增量集中带进一步延伸,易沿开挖面发生垮塌破坏。最后在堆积体破坏形式及破坏规模分析的基础上,探讨堆积体失稳的工程影响。研究结果表明:堆积体前缘局部失稳体进入水库,产生的涌浪高度较低,不存在翻坝的危险。淤积方量不大,对水库有效库容影响微弱。
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