西藏怒江松塔水电站坝肩(自然)边坡失稳模式及稳定性研究

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西藏怒江松塔水电站位于西藏自治区林芝地区东部察隅县察瓦龙乡,设计采用混凝土双曲拱坝,坝高318m,为世界同类坝型之最。研究区岸坡陡峻,山顶与谷底相对高差2000m以上,为典型的高山峡谷地貌,坡体内部发育倾向坡外中缓裂以及陡倾岩脉、断层。这些中缓倾裂隙发育特征以及岩脉、断层已有变形破裂现象对边坡可能失稳模式以及稳定性起着控制作用,坝肩边坡能否稳定对坝型的最终确定产生重要的影响,制约着工程布置方案与设计方案的选取。因此本文在了解了研究区工程地质环境条件的基础上,从岩体结构和边坡已有变形破裂迹象出发。利用迹长估计的方法计算得到了研究区两岸各平硐连通率值,同时对各勘线平硐中出现的变形破裂迹象从外到里进行逐一的搜索,综合岩体连通程度和变形破裂得出了研究区两岸坝肩边坡可能失稳的模式及边界范围。然后,借助FLAC3D数值分析软件和极限平衡法对坝肩边坡稳定性进行了计算和分析。主要取得了以下成果和认识:(1)通过现场调查、室内统计分析得出研究区内中缓倾裂隙发育具有不均匀性。具体表现在左右岸、不同高程、上下游河段之间的差异性:左岸中缓裂发育比右岸少;高程上,总体高高程中缓裂数量少,但三贯中缓裂隙数量相对较多(即“疏而长”);底高程中缓裂数量少,但三贯中缓裂隙数量相对较少(即“密而短”)。顺河方向上,上游中缓裂发育数量较多,下游中缓裂发育数量较少。更为重要的是,从坡面到坡内150180m的硐段范围内,中缓裂沿硐深的分布是不均匀的,即呈疏密相间的形式。中缓裂这种典型的间隔分布特点导致研究区内连通率值呈现跳跃式分布,连通率高的部位往往成为失稳通过的区域。(2)研究区变形破裂主要分为以下5中类型:剪切-滑移、滑移-拉裂、张剪型破裂、陡倾张裂和夹泥破裂带。其中剪切-滑移和滑移-拉裂主要发育在浅表部,两者主要区别是发育于其上陡裂是否有张开。张剪型破裂在坡体内分布最多,从成因上来说夹泥破裂带也属于张剪型破裂的范畴,这两种变形破裂现象控制着边坡失稳的模式和底滑边界。陡倾张裂现象一般沿断层、岩脉与围岩结构面处,可能成为边坡失稳的后缘拉裂面。(3)综合分析其局部的变形失稳有以下两种组合模式:(1)缓裂与陡裂的组合:坡体浅表部发育的缓倾裂隙沿结构面发生蠕滑从而拉断坡体内陡倾裂隙发生失稳,此类变形在浅表部发生较多。(2)中缓裂与陡倾岩脉、断层的组合:坡体浅表部发育的缓倾裂隙沿结构面发生蠕滑、坡体内陡倾断层、岩脉沿接触面或者断层破碎带发生张裂。研究区边坡主要失稳发生的部位发生在浅表部,在深部发生失稳的可能性不大。两岸边坡失稳的模式有差别。右岸边坡可能失稳的形式主要为阶梯状失稳,并且由于右岸陡倾和岩脉发育比较密集,因此边坡可能失稳后缘拉裂面可选择性很多,从而导致其以多阶梯形式失稳。左岸边坡断层和岩脉发育相对右岸较少,其可能失稳的底边界主要受各高程夹泥破裂带自上而下能否搭接贯通控制,主要为沿夹泥带的折线型失稳为主,出现多阶梯失稳现象的可能性较小。(4)在定性分析的基础上,以研究区S2S4勘探线地质剖面为几何模型,利用FLAC3D软件模拟得到了自然状况下边坡应力场特征,分析了边坡中的应力分布规律及剪应变特征。通过极限平衡法计算得出研究区右岸边坡除S4线局部不安全外,其余部位均在各工况下均处于稳定状态,左岸边坡S2线、S4线不稳定块体较多,应重点加强防护。但是这个稳定性仅仅是基于指定大块体得到的,研究区内中缓裂比较发育,连通率较高,因而其浅表部发生局部小范围失稳的可能性较大。
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