茨哈峽水電站2號變形體的工程地質(zhì)特征研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 ，可以揭示巖體在不同的條件之下，演變的全過程，是建立巖體變形、破壞模式很重要的依據(jù)。本文對茨哈峽水電站2變形體的穩(wěn)定性評價就充分利用了以上理論。[11]根據(jù)邊坡的等級劃分標準，本文的邊坡是一級邊坡，.（1）巖層傾角巖層傾角對巖質(zhì)邊坡有比較大的影響,尤其是順層巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性及其變形破壞形式與巖層傾角有重要關系。當軟弱夾層在巖層之間時,滑動破壞很容易沿軟弱夾層形成。一般而言，當巖層傾角較緩時,變形巖體的下滑力也就比較小。大多數(shù)巖質(zhì)邊坡具有普通邊坡變形破壞的特征。本文分析的巖質(zhì)邊坡是一個典型的順層巖質(zhì)邊坡，傾角比較大，沿著巖層層面已經(jīng)發(fā)生了滑移，很明顯傾角對該變形體的變形有很重要的影響。（2）地層巖性不同的巖體，其力學性質(zhì)和變形性能存在較大差別,因而對形的成邊坡的穩(wěn)定性也不一樣。一般情況下,堅硬巖石可以形成成高陡的邊坡,由于巖性強度比較大整體穩(wěn)定性也就比較好,所以不容易發(fā)生大規(guī)模的破壞，然而軟弱巖石很難形成高邊坡,巖性本身對其穩(wěn)定性不是有利因素,因而容易發(fā)生變形破壞造成滑坡、崩塌等災害。譬如泥巖、頁巖等軟質(zhì)巖類,較容易發(fā)生邊坡變形破壞。而像砂巖、石灰?guī)r、花崗巖等巖性較強的巖體邊坡不容易發(fā)生變性破壞,本文2變形體是薄層板巖和中厚層板巖，有少量砂巖夾層?？梢妿r性強度不大，而且已經(jīng)發(fā)生了變形，這和巖性也有重要關系。（3）結(jié)構面巖體中一般都含有不同種類的結(jié)構面,例如斷層、節(jié)理、夾層等，這些軟弱的結(jié)構面會把巖體分割不連續(xù)體的部分。正是因為軟弱結(jié)構面的存在才造成了，巖體在物理力學性質(zhì)的不連續(xù)性,造成巖體的強度減小，巖性變軟。本文是對順層巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性進行計算評價的，順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定的結(jié)構面影響因素比較多，如結(jié)構面的傾向、結(jié)構面的表面形態(tài)、結(jié)構面的傾向、結(jié)構面的連續(xù)性、結(jié)構面的走向、結(jié)構面的組數(shù)和數(shù)量、結(jié)構面的充填特征等。本文次哈峽2變形體的潛在滑面已經(jīng)很比較明顯，變形體分區(qū)也很簡單，進行穩(wěn)定性評價時可以不考慮結(jié)構面的影響，在此就不詳細介紹，但結(jié)構面對造成該變形體目前的狀態(tài)是有很重要的影響的。潛在滑面就是結(jié)構面中的層面，它的參數(shù)對計算穩(wěn)定性系數(shù)非常重要。（4）水的影響水對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響是很大的，大量工程實例可以看出,大多數(shù)邊坡巖體的變形破壞都與水的因素有一定關。在降雨多時,滑坡事故一般發(fā)生的也就比較多。不需多言，這就足以說明水是至關重要的因素了。水這個因素對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，主要是在坡體內(nèi)賦存的水和降雨這兩種水對巖質(zhì)邊坡的影響,水可以降低巖體的強度，使巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力都會減小，另一方面增大了邊坡體自身重量,而且會產(chǎn)生孔隙水壓力和水動力。這樣的情況下,巖體的抗滑力就會減小,下滑力增加，因而穩(wěn)定性自然降低。本文茨哈下2變形體處于西北地區(qū)，坡體內(nèi)部天然狀態(tài)下沒有水的作用，而西北地區(qū)平常降雨也比較少，因而平常降雨對該變形體穩(wěn)定性的影響也不大，主要考慮極端情況的強降雨對該變形體的穩(wěn)定性的影響。（5）地震的影響地震是邊坡變性破壞一個重要因素，當?shù)卣鸢l(fā)生時往往會引發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災害。地震時水平地震力使得潛在滑體對滑面的法向壓力減小，同時會增加坡體的下滑力，因而容易發(fā)生破壞。2變形體要重點考慮地震對其穩(wěn)定性的影響[13]。還有一些其他因素會對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，例如邊坡開挖、爆破震動、風化作用、時間效應等，對本文要評價的2變形體穩(wěn)定性影響不大，在此不考慮。綜上可以看出對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素很多，需要根據(jù)實際情況綜合分析，本文就茨哈峽水電站2變形體的穩(wěn)定性評價涉及到的因素下文第四章會進行詳細的分析，主要是降水和地震兩個因素影響比較大。 巖質(zhì)邊坡有多種破壞模式，尤其是順層巖質(zhì)邊坡屬于巖質(zhì)邊坡中容易破壞的一種，其破壞模式有滑移拉裂、蠕滑拉裂、塑流拉裂、滑移壓致拉裂、滑移彎曲[8]、傾倒破壞、以及復合式變形破壞等類型[10]。這些破壞模式都很常見，本文不做詳細介紹，只對茨哈峽2變形體的破壞模式進行分析介紹，它是滑移彎曲的變形模式，第五章會進行詳細分析說明。在此只對滑移彎曲進行解釋說明，滑移彎曲破壞主要發(fā)生育在中陡傾外層狀邊坡中，尤其是薄層狀巖體中較為常見。當上覆巖體具備沿潛在滑移面滑動條件時，而滑移面未臨空，使下滑受阻，造成應力集中區(qū)承受縱向壓力，在一定條件發(fā)生彎曲變形。可見滑移彎曲體的上部沿層面下滑，擠壓下部巖體使之撓曲，并形成一潛在滑動面，彎曲最強烈的部位，往往是潛在滑移面轉(zhuǎn)緩部位。變形體是指斜坡中已有明顯變形破裂跡象的巖體，或已查明處于進展性變形的巖體，但是變形體沒有形成貫通的滑動面，只是自身已經(jīng)發(fā)生變形，有發(fā)生滑動的可能和趨勢?；屡c變形體的區(qū)別就在于，其是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體地或者分散地順坡向下滑動的自然現(xiàn)象。俗稱“走山”、“垮山”、等[10]?；率切逼聨r土體沿著慣通的剪切破壞面所發(fā)生的滑移現(xiàn)象?？梢娮冃误w與滑坡相似之處是比較多，但也有明顯的區(qū)別之處，變形體只是坡體發(fā)生了松動、拉裂、滑移等變形現(xiàn)象，而沒有形成貫通的滑動面。滑坡是變形體已經(jīng)形成了貫通的滑動面，并且沿該面已經(jīng)發(fā)生了滑動。變形體是形成滑坡的前提，而所有滑坡也曾是變形體，兩者都是重要的工程地質(zhì)問題，需要防范和分析研究。第四章 茨哈峽水電站2號變形體的工程地質(zhì)特征研究2變形體在壩基下游約300處，黃河右岸，變形體底部臨近水面高出約40m。變形體所在右岸的山體較為陡峭，有些地方坡度大于60176。，表面植被不太發(fā)育，表層處于弱風化。該邊坡已經(jīng)發(fā)生變形，工程地質(zhì)特征就包含其變性破壞特征。Ⅱ＃變形體平面形態(tài)呈“鏟”型，上窄下寬，形狀規(guī)整且基本對稱。前緣寬243m、中部寬164m、后緣寬137m。平均（真）厚度約16m，估算方量66萬m3（圖4－1）。圖41 Ⅱ＃變形體總貌 變形體前緣高程2790～2792m，高出平水期河水面40多米。后緣為緩傾斜坡，坡度約24176?！?0176。，高程2910～2930m。變形上游邊界基本以沖溝為界，下游邊界不甚清楚，基本以斜坡表面小型切溝、沖溝為界[3]。從斜坡前緣至高程2895m，斜坡坡度較大，平均坡度40176。~45176。自2895m至變形體后緣，斜坡坡度變緩，平均坡度約27176。（圖41）。 變形體淺表部，巖體發(fā)生了明顯的彎曲變形，導致巖體破碎、松散?？可嫌芜吔绲那熬壊课唬寻l(fā)生過擠壓垮塌。變形體部分與下部完整基巖在前緣界限清楚，受上部變形體的擠壓，下部基巖局部被壓垮（圖42）。 變形體后緣緩坡上主要發(fā)育有四條張裂縫，并有次級裂縫伴生（圖43），最長121m，寬在1m到2m之間，傾向岸外，順坡向呈弧形延伸、拉裂并有明顯錯坎（～1m）。后緣地形呈明顯臺階式下錯，共有2～3級小型錯臺。根據(jù)Ⅱ＃變形體上的勘探平硐PD102揭露結(jié)果，變形體在下游邊界處的水平變形深度為43m，由于此處岸坡凹進，因此變形體主體部分的水平變形深度應大于此深度。從岸坡水平向里至43m，巖體彎曲變形強烈，一般彎曲變形后的巖層呈近水平狀，略傾向坡內(nèi)，巖層傾角10176。～30176。，局部地段松動、破碎嚴重。 表41是PD102平硐中不同水平深度內(nèi)的巖體變形特征，圖45～圖47是平硐內(nèi)巖層特征素描圖，能清晰反映出巖體的變化特征。 圖42 變形體前緣的垮塌破壞 圖43 變形體后緣拉裂縫表41 PD102巖體變形特征水平硐深（m～m）巖體變形特征0～薄層板巖，產(chǎn)狀130176。∠30176。，傾內(nèi)，擠壓較緊密，巖體破碎～中厚層夾薄層板巖，產(chǎn)狀150176?！?6176。～14該硐段兩壁巖體破碎，無法測定巖層產(chǎn)狀，為板巖梁折斷部分以上巖體。14～18硐壁上部巖體被折斷、壓碎，下部巖體傾倒嚴重，傾角較緩，巖體產(chǎn)狀130176?！?70176?！?5176?！?0176。18～巖層扭曲變形，總體產(chǎn)狀242176?！?5176。，極薄層，局部產(chǎn)狀凌亂，規(guī)律性差?！?6彎曲折斷變形明顯，其中硐壁上部巖層傾倒，傾內(nèi)，產(chǎn)狀130176?！?3176。，硐壁下部巖層產(chǎn)狀正常，傾向硐外，產(chǎn)狀330176?！?0176。，在硐壁中部巖層產(chǎn)生彎曲、折斷。36～43硐壁上部巖體總體呈水平扭曲狀，混亂、破碎，推擠變形明顯，下部巖體正常，兩者之間可見明顯的折斷面。43～83板巖與砂巖互層，巖體完整，產(chǎn)狀310176?！?22176?！?5176?！?7176。，層間擠壓斷裂不甚發(fā)育，且斷層帶擠壓緊密。圖44 平硐14～18m段硐壁巖體變形特征 圖45 平硐素描圖 圖46平硐素描圖 從表41及素描圖中的巖層變形特征可以看出，目前變形體主要以后部滑移前部彎曲變形及根部部分折斷為主，又從坡體后緣的拉裂縫的發(fā)展情況及前緣的彎曲擠壓而造成的破碎情況可以看出，目前該變形體仍處在變形的發(fā)展過程之中，而改變形體的變形模式為典型的潰屈現(xiàn)象。茨哈峽水電站PD102平硐巖體彈性波測試綜合成果圖圖47根據(jù)茨哈峽水電站PD102平硐巖體彈性波測試綜合成果圖，可以進一步對該變形體巖體破碎情況進行了解，對該變形體的變形情況，變形體穩(wěn)定性計算時材料的分區(qū)，破碎帶邊界的劃分，材料參數(shù)的選取，潛在滑動面的推斷，都具有指導意義，是對該變形體穩(wěn)定性評價的一個重要的依據(jù)資料。變形體上有一個平硐，和四個鉆孔點，而且變形體后緣有四條明顯的拉裂縫，變形體前部前緣處已經(jīng)發(fā)生破壞變形，有明顯的破碎、掉塊、崩塌等現(xiàn)象。再根據(jù)平硐和鉆探資料，得出巖石的破壞和移動方向，而可以推測出變形體的原因和機理。根據(jù)該變形體的勘查資料，可以推斷出該邊坡的潛在滑移面，從而逆向分析該變形體的破壞機理。變形體后緣滑移面沿著板巖層向發(fā)育，產(chǎn)生破碎帶，傾角和邊坡的坡度幾近相同，巖體已經(jīng)斷開產(chǎn)生拉裂縫，滑移帶中部巖層傾角開始減小，巖層發(fā)生彎曲破壞，大部分還沒有完全斷開，而變形體前部滑移帶，幾近水平，有明顯的壓實破碎現(xiàn)象?？梢娫撟冃误w前部主要是在水平向應力作用下而發(fā)生的潰屈破壞現(xiàn)象[16]，整體是滑移彎曲的破壞模式。對該變形體的基本特征及形成機制研究發(fā)現(xiàn)，該順層斜坡巖體結(jié)構的完整性已經(jīng)發(fā)生破壞。變形體上部雖然較風化，但整體結(jié)構比較完整，而后緣有拉裂縫，前緣有明顯的松動破碎掉塊現(xiàn)象，說明破壞主要在坡體內(nèi)部。伴隨表部巖體這些條件控制和影響該坡體的變形破壞特征，可知當巖體滑移發(fā)育時,坡體后緣巖體表現(xiàn)為拉裂、錯動中上部卸荷張拉縫較發(fā)育等現(xiàn)象,且大多順層理發(fā)育,而該變形體巖層傾角不太大，沒有發(fā)生傾倒變形,該坡體后緣總體表現(xiàn)為以層面或巖層間軟弱面的滑移、彎曲變形為主，產(chǎn)生明顯的拉裂縫。再加上變形體中的巖層強度不均勻，而且發(fā)育了斷層帶,加劇了滑移變形的特征。 各種現(xiàn)象表明在現(xiàn)今狀態(tài)下上述的滑移變形主要發(fā)生于變形體中上部,變形體中部破碎帶下方巖體完整性較好,變形跡象不明顯變形體前部主要是彎曲破壞。另外,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，結(jié)合變形體的變形破壞特征尤其是區(qū)中上部發(fā)育的“前緣沿傾坡體表面的潰屈[16]、后緣沿層面滑移的破壞”分析,此過程即為變形體的實體演化模型。在坡體長期受自重以及坡體前緣河谷侵蝕作用下,坡體前緣巖體坡腳臨空,則導致坡體潰屈破碎帶橫向移動加劇。該變形體下側(cè)的變形不大的厚層巖層面即為坡體沿該面滑動的潛在滑面。受地層巖性控制變形體范圍內(nèi)，巖性上部以薄層狀板巖為主,下部以加有砂巖的中厚層板巖為主。在中厚層狀板巖分布的稍平坦坡段淺表層,平直的層理結(jié)構面較發(fā)育,貫通性較好,在重力作用下巖體沿前端結(jié)構面產(chǎn)生滑移變形逐漸發(fā)生拉裂,沿前端不連續(xù)傾結(jié)構面產(chǎn)生剪應力集中隨滑移和彎曲的繼續(xù)發(fā)展,傾剪切面上的應力積累將使這部分巖體進入累進性破壞階段,并最終沿該面剪斷鎖固巖體,整體發(fā)生突發(fā)性的脆性破壞,坡體有向“滑移一彎曲”型滑坡轉(zhuǎn)變的可能。結(jié)合變形體范圍內(nèi)的地形地貌特征、巖性分布狀態(tài)及斷裂構造特征,變形體整體變形的機制分析根據(jù)前面的分析,“變形體所在的右岸坡體為順層斜坡,巖層傾角較陡。總體而言,該區(qū)傾角大于岸坡坡角,構成岸坡的主要巖性為中厚層夾薄層狀板巖,巖體風化、卸荷強烈,坡體前緣臨空條件好,巖體內(nèi)順層擠壓帶、層間夾層較發(fā)育。通過上述對“變形體的地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)變形現(xiàn)象的描述和分析,可以將其總體的地質(zhì)環(huán)境條件總結(jié)為在強卸荷風化作用下,由中厚狀板巖夾中薄層板巖互層組成的中陡傾外的順層邊坡?；谱冃斡珊笸鞍l(fā)生，第一條拉裂縫為最長也是最早發(fā)生的，當拉裂縫產(chǎn)生后，垂直應力向邊坡前部