雷打坡岩石结构及其稳定性分析6200字_毕业澳门威尼斯人官方直营网

雷打坡岩石结构及其稳定性分析

摘要: 西泌河水库雷打坡边坡离西泌河水库约4.2 km, 外凸的体积约580104m3, 水库蓄水后对库容及水工建筑物安全构成威胁。以雷打坡岩石结构地质调查资料为基础, 采用多种边坡稳定性分析方法对其进行边坡稳定性分析。结果表明, 雷打坡的岩质边坡斜插河床, 不会产生滑
阅读技巧Ctrl+D 收藏本篇文章
  摘要:西泌河水库雷打坡边坡离西泌河水库约4.2 km, 外凸的体积约580×104m3, 水库蓄水后对库容及水工建筑物安全构成威胁。以雷打坡岩石结构地质调查资料为基础, 采用多种边坡稳定性分析方法对其进行边坡稳定性分析。结果表明, 雷打坡的岩质边坡斜插河床, 不会产生滑动破坏, 但其下游侧的崩塌堆积体在水库蓄水后将发生岩体失稳, 需采取相应工程措施进行处理。
  
  关键词:边坡; 稳定; 处理; 西泌河;
  
  1 工程概况
  
  西泌河水库位于西泌河下游河段, 大坝枢纽区位于贵州省晴隆县莲城镇与马场乡交界处, 坝址以上集雨面积336.85 km2.西泌河水库正常蓄水位690.00 m, 正常库容为1 395×104m3;校核洪水位为694.36 m, 总库容1 715×104m3.水库的供水范围为晴隆县城 (莲城镇) 、光照镇规模村纺织和加工产业聚集园区、孟寨村新型建材聚集区的生产生活用水、孟寨灌区灌溉用水以及灌区内的农村人畜饮水, 年供水量为2 543×104m3, 灌溉供水量50.4×104m3 (保证率P=80%) ;水库坝后电站装机8 MW, 多年平均发电量2 680×104k W·h.
  
  雷打坡边坡距离坝址约4.2 km, 外凸的体积约580×104m3, 水库蓄水后对库容及水工建筑物安全构成威胁。雷打坡边坡分布于库尾河床右岸, 地表为一向河床凸出的三角形山体, 底部长约625 m, 高约240 m, 两侧为浅切冲沟。边坡岩体为双层结构, 上部为T1yn2的中厚层灰岩 (中硬岩类) , 下部为T1yn2的泥岩 (软质岩) , 属下软上硬双层结构的岩质边坡。岩层产状:走向N74~90°W/倾NE∠30°。岩层倾角与边坡坡度相等, 斜坡面即岩层面。岩层沿斜坡面斜插河床, 下伏岩层面 (特别是T1yn2的灰岩及泥岩接触界面) 为其潜在的可能滑移面, 边坡岩体中发育两组陡倾裂隙 ( (1) 走向N15~25°E/NW∠75~82°; (3) 走向N30°W/∠90°) .构成其侧向切割面。根据现场调查资料分析, 在边坡下游崩塌体中发育有拉裂现象。
  
  2 雷打坡岩石结构
  
  2.1 基本地质条件
  
  雷打坡边坡为自然营力作用形成的边坡, 通过西泌河水库的修建, 形成以人类活动为主导的工程边坡。按岩性分类, 边坡为各种结构面切割的岩质边坡, 边坡坡度变化较小, 坡度在10~300左右, 形成斜坡和陡坡, 边坡高度约为240 m, 高度大于150 m, 为超高边坡。
  
  边坡的坡脚高程为EL665.3m~EL666.3m, 边坡出露的岩性为灰岩夹泥质灰岩。整个边坡呈外凸的三角形, 三角形顶部的角度约700, 在剖面上的形态为下陡上缓。EL800m高程以下的边坡坡度约300, 坡面长度约430 m.EL800m~EL920高程的边坡坡度约为150, 坡面长度约155 m.坡顶位置遭受风化剥蚀呈现为负地形, 水平长度约55 m左右。
  
  边坡在地形上分为两部分, 靠上游侧边坡基岩裸露, 根据钻孔和现场的地质描述, 地层岩性为中厚层灰岩, 在坡面以下约30 m处有夹泥岩的夹层现象。上游边坡的坡脚长约375 m.靠下游侧边坡为崩塌体覆盖, 根据地质剖面, 覆盖层厚度约在6~19 m, 覆盖层下部岩层的岩性为T1yn2的灰岩夹泥岩, 下游边坡的坡脚长约250 m.其上下游的剖面图见图1~图2.
     图1 上游边坡工程地质剖面图      图2 下游边坡工程地质剖面图   
  2.2 边坡构造及结构面
  
  边坡位于法郎向斜西段扬起端南翼近核部。岩层倾向左岸, 倾角30°, 为顺向坡。岩体为层状结构。据地表地质测绘及钻探揭露, 未发现断裂构造, 节理裂隙及卸荷裂隙较发育, 岩体中主要发育构造裂隙有两组。 (1) 走向N15~25°E/倾NW∠75~82°。裂隙规模较大, 地表可见最大延伸长度>10 m, 裂面上有擦痕, 线密度1~2条/m, 强风化带裂隙张开, 沿裂隙局部夹泥; (2) 走向N10~30°W/倾NE∠62~90°, 地表可见长度3~5 m, 裂面平直, 强风化带局部张开夹泥。
  
  根据地表调查及转贴揭露, 结合《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》 (DL/T5337-2006) 分类标准, 边坡按岩体结构分类见表1.
     表1 岩体结构分类表   
  2.3 边坡岩体质量分类
  
  由于边坡靠近原可研阶段的上坝址, 根据坝址岩层分布情况, 分布地层主要为三迭系下统永宁镇组 (T1yn) , 岩性以灰岩为主夹泥质灰岩及泥岩, 岩体风化以溶蚀风化和裂隙性风化为主要特征。溶蚀风化一般是地表裂隙、构造软弱带受岩溶的影响, 溶蚀张开或充填黏土或岩屑等, 由表层向深部逐渐减弱, 一般溶蚀缝宽0.1~3 cm不等, 呈上宽下窄的喇叭状, 一直风化的铅直深度可达4~5 m.裂隙性风化主要沿裂隙分布, 强风化带裂隙张开夹泥, 弱风化带裂隙一般闭合。局部裂隙面两侧有铁质、泥质浸染呈黄褐色。微风化带裂隙闭合, 裂隙面为方解石脉胶结。根据地表地质测绘及平洞、钻孔及物探资料综合分析, 原上坝址覆盖层厚度及岩体的风化分带如下:
  
  河床:砂砾石覆盖层一般厚2~5 m, 强风化深7~9 m, 弱风化深20~23 m.
  
  两岸:基岩出露区, 岩体强风化深一般5~6 m, 弱风化深19~22 m.
  
  地层为岩溶发育地层, 上阶段钻孔及平洞勘探范围未揭露出较大规模的溶洞和管道。存在构造裂隙和溶蚀裂隙构成渗漏通道。强风化岩体中, 裂隙发育, 岩体破碎, 裂隙面、层面均有不同程度的张开, 岩体透水性较强。进入弱风化岩体, 岩体的透水性也逐渐变小, 至弱风化岩体下部, 其透水率一般均小于3 Lu.根据试验资料, 灰岩弱风化带岩石的饱和单轴抗压强度平均值46.36 MPa, 软化系数0.79, 纵波波速3 684~4 201 m/s, 属中硬岩类。泥岩弱风化带岩石的饱和单轴抗压强度<30.0 MPa, 属软质岩类。
  
  根据各地层单元岩性特征、岩体强度及节理发育情况等划分岩体类别如下 (按《水利水电工程地质勘察规范》 (GB 50487-2008) 附录V坝基岩体工程地质分类) :灰岩段弱-微风化岩体属BⅢ2类岩体。泥岩段弱-微风化岩体属CⅣ1类岩体。
  
  根据以上分类及边坡裂隙发育情况, 结合《水电水利工程边坡边坡工程地质勘察技术规程》 (DL/T5337-2006) 分级标准进行分级。
  
  对于T1yn2地层, 《水利水电工程地质勘察规范》 (GB50487-2008) 附录V取岩体完整性系数为0.5, 抗压强度取为平均值46 MPa, 按规范 (DL/T5337-2006) 附录B式B.1 (BQ=90+3RC+250×KV, RC为岩体饱和单轴抗压强度, KV为岩体完整性系数) , 计算岩体基本质量指标为90+3×46+250×0.5=353, 边坡岩体质量级别为III类。
  
  对于其中的泥灰岩, 《水利水电工程地质勘察规范》 (GB50487-2008) 附录V取岩体完整性系数为0.50, 抗压强度取为40 MPa, 按规范 (DL/T5337-2006) 附录B式B.1, 计算岩体基本质量指标为90+3×40+250×0.50=335, 边坡岩体质量级别为IV类。
  
  由于边坡以灰岩为主, 局部夹泥岩, 故边坡岩体的质量级别为Ⅲ类。
  
  3 边坡分析及成果
  
  3.1 对雷打坡边坡的初步判断
  
  根据雷打坡边坡的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等, 参考《水利水电工程边坡设计规范》 (SL/386-2007) 附录A, 由于层面的产状与边坡走向的夹角为30°, 岩质边坡的结构分类为层状顺向边坡, 边坡稳定性受坡角及岩层倾角组合、岩层厚度、顺坡向软弱结构面的发育程度及抗剪强度所控制。边坡的破坏方式可能为: (1) 层面或软弱夹层易形成滑动面, 坡脚切断后易产生滑动; (2) 倾角较陡时易产生溃屈或倾倒; (3) 倾角较缓时易产生倾倒破坏; (4) 节理或裂隙易形成楔形体滑动。
     图3 雷打坡边坡地形图   
  通过对雷打坡边坡 (边坡地形见图3) 进行赤平投影分析, 对边坡稳定性进行初步判断 (参考《水利水电工程边坡设计规范》 (SL/386-2007) 附录B) .分析成果:右岸边坡的优势结构面为两组: (1) 290°∠80°; (2) 60°∠70°。边坡的平面滑动最可能发生在倾向方向, 两组节理释放了侧向方向的约束, 使得平面滑动的可能性增大。另外, 边坡不容易发生楔形体滑动;第一组优势结构面290°∠80°的倾向稍微变化, 落入阴影区, 就可能在下游侧发生倾倒破坏。
  
  3.2 边坡稳定性分析
  
  3.2.1 边坡的形态特征
  
  雷打坡边坡分布于库尾河床右岸, 距离坝址约4.2 km, 地表为一向河床凸出的三角形山体, 底部长约625 m, 高约240 m, 两侧为浅切冲沟。边坡岩体为双层结构, 上部为T1yn2的中厚层灰岩 (中硬岩类) , 下部为T1yn2的泥岩 (软质岩) , 属下软上硬双层结构的岩质边坡。地形坡度一般在30°左右, 岩层倾角与边坡坡度角相近, 岩层沿坡面斜插河床, 河床宽约50 m.边坡的结构类型为层状顺向边坡。其物理地质现象主要表现为风化与卸荷作用。
  
  边坡在地形上分为两部分, 靠上游侧边坡基岩裸露, 根据钻孔和现场的地质描述, 地层岩性为中厚层灰岩, 在坡面以下约30 m处有夹泥岩的夹层现象。上游边坡的坡脚长约375 m.靠下游侧边坡为崩塌体覆盖, 根据地质剖面, 覆盖层厚度约在6~19 m, 覆盖层下部岩层的岩性为T1yn2的灰岩夹泥岩, 下游边坡的坡脚长约250 m.
  
  3.2.2 边坡的边界特征及影响因素
  
  根据地形特征, 初步判定坡体的变形边界为边坡的两侧冲沟位置。控制边坡岩体稳定性和变形失稳破坏机理的主要因素有以下几方面: (1) 岩体结构特征; (2) 岩体应力; (3) 地下水条件; (4) 岩体 (包括不连续面和完整岩石) 的力学参数; (5) 地形地貌特征和边坡几何形状等。
  
  3.2.3 边坡变形破坏模式及边坡分析成果
  
  根据雷打坡边坡实际情况, 并结合国内类似顺层边坡发生的失稳破坏模式, 对边坡可能发生的失稳破坏模式进行分析, 该类边坡变形破坏模式主要有3种。 (1) 下部岩层被剪切破坏, 引起上部岩体产生顺层滑动。 (2) 由于上部岩体的挤压, 下部岩层产生隆起、拉裂形成溃屈破坏, 在溃屈破坏后, 边坡岩体将发生牵引式渐进滑移失稳。 (3) 侧向失稳。本工程对该边坡进行多种方法分析, 其主要成果如下:
  
  1) 按规范, 本边坡被定义为4级边坡, 采用极限平衡法进行稳定性分析, 上游岩质边坡在各种工况下, 其稳定性满足规范要求, 只是富余度不是很大。下游崩塌体边坡在进行削方后, 在各种工况下, 其稳定性满足规范要求 (即不会发生顺层破坏) .基于欧拉理论板梁稳定计算公式, 上游和下游边坡 (清方压脚后) 均不会发生溃屈失稳。
  
  2) 根据二维数值分析, 边坡变形主要发生在距离坡面较近的岩体周围, 并会朝临空方向变位。同时由于软弱层面和硬质结构面 (层面) 的存在, 使得各层之间的位移并不连续, 也反映出软弱夹层岩体边坡的差异变形特征。在坡脚、软弱层面和层面的周边及地形变化处, 出现较多的剪切应力集中区, 这些位置容易发生剪切破坏。在坡顶容易出现拉应力分布区, 在坡脚和坡度变化的位置也分布有少量的拉应力。剪切塑性屈服区位于坡脚及泥岩层面附近。在边坡顶部泥岩层面附近也产生了局部的拉伸屈服区, 拉伸屈服容易产生拉裂缝。这些表明边坡容易在结构面 (层面) 周围形成较大应力的剪切带, 并在坡脚位置累积剪切应变 (由上至下及由外向里累积) .
  
  3) 根据三维数值分析, 从X方向位移云图来看 (垂直河流) , 位移最大的部分集中在泥岩层面以上, 位于边坡的中部且靠近两侧临空的坡面上, 其位移方向朝向河床, 最大值约1.5 cm, 并由两侧向中部贯通的趋势, 反映在坡体两侧 (腰部) 多面临空, 约束小, 位移较大。从Y方向位移云图来看, 位移最大的部分同样集中在泥岩层面以上, 在上下游均发生朝向临空方向位移 (上游坡体向上游位移, 下游坡体向下游位移) , 最大值约0.2 cm, 位于坡体高度1/3的位置, 靠近坡脚。
  
  4) 对三维边坡进行强度折减法的安全系数分析, 稳定性系数为1.41.对比二维分析可以知道 (稳定性系数为1.27) , 边坡的三维效应突出 (三角形坡面较为稳定) .通过破坏时的位移分布表明, 边坡发生侧向失稳的可能性小于顺坡向失稳。即不容易产生侧向失稳, 但需注意局部裂隙导致的失稳。
  
  4 处理措施
  
  经初步分析, 雷打坡的岩质边坡斜插河床, 不会产生滑动破坏, 但其下游侧的崩塌堆积体在水库蓄水后将发生岩体失稳, 故采取以下工程措施进行处理:
  
  1) 顶部削坡减载。即对崩塌体顶部进行开挖削坡减轻下滑荷载, 开挖高程从山顶开挖至879.00 m高程, 采用顺层开挖的方式, 开挖厚度约为25 m.然后对开挖后的边坡进行C20砼喷护及剖面绿化。
  
  2) 堆石坡底压脚。将开挖出来的土石方堆填在山体坡脚处, 坡面用干砌石护面, 以提高坡体抗滑能力。
  
  3) 加强边坡永久监测。
  
  参考文献
  
  [1]钱云鹏, 涂宏茂, 刘勤, 等。结构逆可靠度最可能失效点的改进搜索算法[J].工程力学, 2013 (1) :394-399.  
  [2]苏永华, 杨红波。基于代理模型的边坡稳定可靠度算法[J].应用力学学报, 2012 (6) :705-710.  
  [3]李健, 吴顺川, 高永涛, 等。基于Kriging与Closest Point融合算法的边坡岩土层界面拟合[J].北京科技大学学报, 2012 (5) :500-505.  
  [4]毕卫华, 谭晓慧, 王伟, 等。RBFN及SVM在边坡稳定可靠度分析中的应用[J].合肥工业大学学报 (自然科学版) , 2011 (7) :1035-0139.  
  [5]张永杰, 曹文贵, 赵明华, 等。岩溶区公路路基稳定性的区间模糊评判分析方法[J].岩土工程学报, 2011 (1) :38-44.
    澳门威尼斯人官方直营来源参考:程伟.西泌河水库工程雷打坡边坡稳定分析及处理[J].水利科技与经济,2018,24(05):60-63+76. 转载请注明来源。原文地址:/html/zhlw/20180612/7631866.html   

    雷打坡岩石结构及其稳定性分析相关推荐


    ------分隔线----------------------------
    联系方式
    微信号 biyelunwen
    热点澳门威尼斯人官方直营
    澳门威尼斯人手机版