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随着我国大规模能源开发及其它大型工程的兴建,高陡边坡稳定性工程地质问题已经普遍出现,并形成具有当今特色的主要工程地质课题之一。在我国西南、西北地区水能资源开发中遇到的高陡边坡,大多分布在南北向地震构造带及其以西地区。岩体结构复杂,谷坡深部地应力较高,构成了这一地区高陡边坡复杂的岩体力学环境条件。在这样的条件下修建高坝大库,高陡斜坡稳定性工程地质问题不仅将对工程修建的可行性决策起到重要作用,而且对高陡边坡的稳定性研究、设计、施工及运行期的安全具有十分重要的工程实践意义,并直接影响投资效益。
大岗山水电站是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一,它位于四川省西部大渡河中游,水电站拟采用混凝土双曲拱坝,拟装机260 万KW。左岸边坡物质组成及结构特征复杂,且坡体中陡、缓倾坡外的岩脉和裂隙等不利组合尤其发育,其稳定性直接影响着大坝的安全,属于大岗山水电站的一等大工程。本文依托于《大渡河大岗山水电站坝区工程高边坡稳定性研究》科研项目,对坝址左岸的坡的稳定性进行了深入细致研究。
大岗山水电站坝址左岸边坡谷坡高陡,开挖高度280~300m,坡体深部发育多条岩脉和断层破碎带,中倾和缓倾坡外的不利结构面组合较发育,加之该区域为高地震烈度区,一旦发生地震,将严重威胁着边坡的稳定性,对水电站的建设及运行也将产生重大影响,不但会延误工期,而且将会造成巨大的经济损失和严重的社会影响。因此,分析边坡的工程地质条件,研究坡体变形破坏的成因机制和边坡的稳定性,指导工程的进一步优化设计与合理施工,保证边坡工程在施工和运行期的安全,这对水电站的建设和正常运行具有十分重要的工程实践意义。
本文基于野外地质调查和详实的勘探资料,对左岸边坡赋存的环境地质条件进行了深入分析,探讨边坡岩体结构基本特征,研究坡体变形破坏的成因机制。
采用定量计算,结合定性分析和数值模拟等方法,综合评价其稳定性,并在此基础上提出一些支护建议。取得的主要成果如下:
(1)大岗山水电站位于川滇南北向构造带北段,为南北向与北西向、北东向等多组构造的交汇复合部位,地震基本烈度为Ⅷ度,区域构造稳定性相对较差。
(2)左岸边坡高陡,坡体岩性主要为花岗岩,岩体风化卸荷强烈,局部出露辉绿岩脉、花岗细晶岩脉等,岩体完整性较差,加之处于高地震烈度区,这些都不利于工程边坡的安全和稳定;边坡开挖导致坡度更陡,边坡的稳定性将进一步降低。
(3)根据现场实地调查和分析,判定其变形模式为滑移-拉裂型。主要有平面滑移破坏模式,楔形块体破坏模式和卸荷松弛垮塌破坏模式三种。
(4)由于边坡发育多条岩脉和断层,岩体完整性较差,边坡开挖后,裂隙带与岩脉或断层相互组合将构成分别以β79、以β166 为潜在后缘滑裂面的不稳定块体。
(5)边坡开挖后,前缘变得更陡,在各种工况条件下其稳定性系数与开挖前相比均有所下降,但都未超出规范要求。
(6)数值模拟分析结果总体上符合边坡应力场分布的一般规律,且与极限平衡分析法的分析结果是基本一致的,即开挖对边坡稳定性影响较为明显,现有支护体系虽有助于改善边坡稳定状况,但由于支护条件的限制,仍然不能够完全消除开挖造成的影响。