高坝坝基挤压蚀变破碎带处理措施三维数值分析

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1、水利学报年月第卷第期文章编号高坝坝基挤压蚀变破碎带处理措施三维数值分析徐卫亚孟国涛江涛杨清河海大学水利水电学院江苏南京中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院云南昆明摘要挤压蚀变破碎带是水电站坝基的主要工程地质问题基于重力坝坝体与坝基岩体联合作用的数值模拟分析了某水电站挤压蚀变破碎带对坝体应力和变形的影响在对多种加固处理措施比较的基础上提出了建议方案说明了处理方案对拉应力的控制效果进而就建议方案所对应的数值模型对带进行了浮值分析用强度储备系数法计算了受带影响的坝基安全稳定性检验了加固措施的合理性研究结果建议采取的坝体上游不贴角措施带倾斜开挖置换下游坝趾填角方案可以有效控制由

2、于带不均匀沉降引起坝趾区的拉应力使拉应力范围大大缩小的同时使得拉应力值降低至处理前的?以下强度储备系数法得出正常荷载组合下各坝段安全储备系数均不低于重力坝的安全稳定性有充足的裕度建议处理方案同时满足拉应力控制及稳定性要求关键词数值模拟岩体挤压蚀变破碎带重力坝强度储备系数法高坝坝基中图分类号文献标识码当重力坝坝基遇到复杂构造带时构造带对工程作用的响应复杂构造带对大坝应力状态及大坝整体安全度的影响成为个重要的研究问题如何评价构造带不同位置对重力坝的影响并对挤压蚀变破碎带的处理提供优选方案成为关系到该工程建设安全性和经济性的重要技术问题针对问题实际本文首先建立重力坝典型坝段

3、和坝基岩体的联合三维数值模型对构造带开挖加固的不同处理措施组合进行比较性研究当坝体内不出现较大拉应力且工程量较小时确立为较为合理处理方案此外由于挤压蚀变破碎带初始状态参量不易确定且受围压影响大工程作用引起的应力环境的改变会相应地造成参数的变化因此就建议方案所对应的计算模型对构造带岩体的计算参数进行浮值分析以强度储备系数法检验各典型坝段的安全裕度当处理措施同时满足对坝体拉应力的控制且相对工程量较小同时具有一定的安全储备时为建议处理方案工程区概况某水电站位于云南省西南边境地区的澜沧江下游河段大坝为混凝土重力坝最大坝高坝顶轴线长约左岸主河道部位设坝后地面厂房右岸基岩滩地部位

4、设置溢流表孔和级垂直升船机水库正常蓄水位死水位总库容亿坝址区出露的岩层主要为燕山早期侵入的闪长岩岩性单一其弱微风化岩块强度高属坚硬岩坝基主要为次块状镶嵌和碎裂结构岩体物理力学指标基本满足百米级混凝土重力坝要求但坝址区地质构造比较复杂级结构面发育坝基开挖揭露了条主要断层和挤压带其中带图规模较大对一些坝块的变形稳定影响较大收稿日期作者简介徐卫亚男江苏张家港人博士教授主要从事岩石力学与工程方面研究图枢纽区地质情况其中挤压蚀变破碎带分布于右冲沙低孔及其左侧所有坝段的坝基上与坝轴线平行在号坝段坝基高程处揭露最大宽度达自上游向下游可分为上中下三段上下段岩体由糜棱岩及片糜岩伴生产出

5、绿泥石化严重呈片理构造强度低压缩性大中段岩体为破碎岩破裂结构破裂面上蚀变显著上中下段的厚度分别为由于带岩体的主要组成矿物如角闪石等大部分或全部绿泥石化致使其岩体工程性质较差对一些坝块的变形稳定造成了较大影响是坝基的主要工程地质问题带倾角陡立对大坝的整体抗滑稳定不起控制作用但是它对一些坝块的变形稳定影响较大其不均匀沉降可能致使坝趾混凝土产生拉应力从而使得重力坝坝体混凝土开裂所以带是坝体应力变形和稳定性的主要控制性因素之一计算模型与计算参数计算模型为了充分模拟重力坝和坝基的共同作用根据工程实际要求本文应用程序对重力坝号坝段进行了三维数值模拟其中号坝段为厂房坝段号坝段为左冲

6、沙底孔坝段号坝段为左岸非溢流挡水坝段模型考虑了坝址区岩体的风化分带考虑了条主要挤压带还实现了坝基开挖加载的过程模拟模型将重力坝个坝段建立在弱风化的闪长岩上各个坝段之间以弱化参数的薄层连接以模拟各个坝段之间的分缝连接计算采用的直角坐标系为轴从上游指向下游轴为竖直方向以向上为正轴从左岸指向右岸计算范围顺河向上下游各延伸一倍坝高左右岸也各延伸一倍坝高竖直向向下延伸一倍坝高整个模型图顺河向横河向竖直向取高程以上模型节点总数为单元总数为岩体物理力学参数数值计算结果的可靠性在很大程度上依赖于岩体力学参数的选取为了尽可能准确地反应图三维模型网格岩体的工程地质性状应用和岩体质量评价方

7、法结合室内及现场勘测试验成果估算宏观岩体力学参数表为数值分析采用的计算参数值屈服准则本文分析采用不同的屈服准则带岩体采用能反映抗拉强度的准则其它岩体及坝体混凝土材料采用能反映抗拉强度的准则准则为式中准则为式中表岩体混凝土物理力学计算参数容重?变形模量?泊松比摩擦系数凝聚力?抗拉强度?微新岩体弱风化闪长岩强风化全风化带上段带中段下段混凝土混凝土加载方式为了较为真实地模拟重力坝及坝基岩体的实际施工及运行过程模型分三步加载首先根据实测地质资料近似将岩体自重应力场作为地应力场仅考虑坝基开挖后的岩体自重将坝体设为空单元进行计算第二步消除第一步产生的岩体位移启动