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西藏松塔水电站坝区边坡深部导水破裂带成因研究

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研究区位于拟建的西藏境内的怒江松塔水电站,是怒江中游一大型水电枢纽,拦河坝为双曲混凝土拱坝,坝高(318m)为世界同类坝型之最。坝区峡谷深切,岸坡主要由似斑花岗岩组成。岸坡正常卸荷带以里,发育着一系列的导水破裂,其中右岸最深的315m,左岸最深的560m。这些岸坡深部导水裂隙(破裂)的存在对边坡稳定性的评价有着重要的影响。研究边坡深部导水裂隙(破裂)不仅对岩体渗透性评价及工程防渗设计具有实践意义,同时对研究边坡的形成演化具有探索意义。 本文从坝址区的地质背景着手,详细分析了岩性、地质构造、地应力条件和河谷发育史等特征。在此基础上,结合现场调查的平硐资料以及素描图,阐述了边坡岩体力学环境条件,边坡岩体应力特征;并对边坡深部导水破裂现象进行了详细描述,分析变形破裂的特征,得出边坡岩体深部导水破裂形成机制的定性分析,结合现场实测地应力资料,对河谷下切过程进行三维数值模拟,研究边坡深部导水破裂形成演化过程。文章具体研究内容及成果如下: (1)对坝区现场平硐调查、变形破裂现象的野外素描及综合作图分析,得到边坡岩体的卸荷风化特征和边坡中缓裂发育特征以及典型的中缓裂变形破裂现象,结合坝区岩脉和断层的错动关系以及现场实测应力的方向,我们得到坝区经历三期构造应力场的作用:NE向应力场→NWW向应力场→NNW-SN向应力场。 (2)对岸坡表生改造范围内的导水裂隙特征进行地质分类得到:断层松弛导水型、岩脉松弛导水型、陡倾裂隙松弛导水型和中缓裂导水型。这些导水破裂的主要出水特征为浸水、滴水和股状流水,且右岸的导水裂隙较左岸更加发育。该类导水破裂的成因主要是岩体受区域性垂向和侧向卸荷以及岸坡应力场调整作用而形成的,并且由于怒江河谷的间歇性快速下切,岸坡应力的迁移调整,配合坝区原有的岩脉、断层等软弱结构面的共同作用形成的。 (3)对于岸坡表生改造范围以里的导水裂隙,其特点具有水平埋深大,距离河床垂直深度小,且附近范围内没有大的软弱结构面,无法用正常卸荷理论解释。我们知道,在河谷下切凹岸形成过程中,在持续的NNW-SN向挤压应力场作用下,凹岸将产生应力分异与集中,平行岸坡σ1增加,垂直岸坡σ3减小,从而产生与岸坡平行的张性裂隙,这是右岸SN向导水破裂的主要成因。而左岸NEE向导水破裂的走向(N65°E~N75°E)与坝区现今构造应力主压应力方向(NNW~SN向)近于垂直,显然在NNW-SN向的主压应力作用下是难以形成NEE向的张裂隙,因此认为其应该与早期的构造应力场有关。 (4)通过数值模拟显示,左岸NEE向和右岸SN导水破裂均在模型表部塑性区范围以外,这证明了二者不是由于岸坡表生作用形成的。同时,右岸SN向导水破裂在各期次构造应力场作用虽然都有塑性变化,但是明显在SN向构造应力场作用下的塑性变化大于其余期次,同理左岸NEE向导水破裂虽然在各期次应力场作用下也有变化,但是其塑性区范围SN构造应力作用<NE向构造应力作用心NWW向构造应力作用。并且各监测点位移的监测显示,发现在导水破裂带两侧形成法向正位移差,表明该处产生了张性变形,数值模拟较好的验证了此前的推断。

刘刚

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水电站坝区 深部导水破裂带 构造应力

硕士

土木工程

严明

2016

成都理工大学

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