浅谈深切河谷地区的地应力场研究和高边坡稳定性评价

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1、西南交通大学博士学位论文深切河谷地区的地应力场研究和高边坡稳定性评价姓名：梁瑶申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：周德培20081001西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要深切河谷地区具有特殊的地质地貌特征，复杂的地质构造作用和河谷长期的剥蚀下切作用，形成了深切河谷地区现今特殊的地应力场分布。另外，水电项目包括大量的工程边坡，边坡岩体内的地质结构面发育，加之河谷地区地质构造复杂，现代构造活动强烈，河谷强烈下切卸荷产生显著的浅表生时效变形，使得应力场重新分布和调整。工程高边坡的开挖，必然引起影响范围内岩体的变形，随之发

2、生地应力的释放和调整，对边坡的稳定性产生影响。受高地应力水平的影响，针对修建于峡谷深切的河谷地区的工程高边坡，需要采用适合其地质环境特征的稳定性评价方法。本文以锦屏水电站为例，围绕深切河谷地区特殊的地质地貌特征，对河谷地区地应力场和工程边坡的开挖稳定性进行了深入的研究：在详尽的野外地质调查和对大量地质资料的整理和分析的基础上，确定河谷的发育演化是影响河谷地区地应力场成因的重要因素：根据少量测试点的应力资料，采用回归分析的方法确定了河谷地区的地应力场分布；对回归分析的区域应力场进行插值，建立考虑地应力的边坡分析模型：通过工程边坡

3、开挖后的二维和三维稳定性分析，详细讨论了地应力的松弛卸荷对边坡稳定性的影响。通过上述研究，本文取得了以下新的进展和认识：(1)针对深切河谷地区，提出考虑地应力的系统性分析方法：根据少数实测资料，从地应力的成因入手，通过回归分析的方法确定河谷地区的地应力场；建立考虑地应力的边坡工程影响范围内的分析模型；进而对受地应力影响的工程高边坡的稳定性进行评价。建立了适合深切河谷地区的分析方法，即地应力实测资料——区域应力场回归——确定边坡应力状态——建立边坡分析模型——工程边坡稳定性评价。(2)根据地质调查和地质资料的整理和分析，针对深切

4、河谷地区特殊的地质地貌特征，提出河谷的发育演化是影响河谷地区地应力场分布的重要因素之一。通过对锦屏坝址区实测地应力资料的分析，总结出河谷地区地应力分布具有成因分带性，谷坡浅表部松弛卸荷明显的特征。(3)影响深切河谷地区地应力成因的因素主要有自重、地质构造作用和河谷的发育演化，运用FLACⅢ软件，建立深切河谷地区的数值仿真计算模型，第1I页西南交通大学博士研究生学位论文采用回归分析的方法确定区域地应力场。研究成果验证丫河谷地区地应力场的分布规律，为分析和评价深切河谷地区地应力场和工程结构稳定的难题提供了可靠的依据。(4)对于地处

5、深切河谷地区的工程边坡，可以对回归反演的河谷地区区域地应力场进行反距离插值，获得工程边坡影响范围内的地应力分布，建立包括地质特征、结构面发育和地应力分布等信息的边坡分析模型。(5)提出“地应力释放荷载”的概念，可根据考虑地应力的边坡分析模型中的微元信息确定，以此衡量开挖引起的地应力松弛和释放效应，对岩质边坡稳定性分析的Sarma法进行了改进。(6)结合锦屏水电站工程边坡的地质条件和工程设计，采用改进Sarma法对工程边坡的稳定性进行了评价，首次深入讨论了河谷的发育演化对地应力成因的影响，指出对于深切河谷地区的工程边坡，仅考虑自

6、重作用是偏于不安全的，地应力的存在对边坡稳定性存在不利影响。关键词：深切河谷；地应力场：工程边坡；稳定性：边坡开挖：FLAC3D；地应力释放荷载；改进Sarma法；锦屏水电站西南交通大学博士研究生学位论文第lII页AbstractWiththegradualimplementationof“Hydro．PowderConstructionDevelopmentofTransmittingElectricityfromWesttoEast”．alotofhydraulicprojectwerebuiltorgoingtobebu

7、iltatdeep—incisedvalleys．Becauseofthecomplicatedgeologicalcondition，geologicaltectonism，denudationandcuttingofthevalley,theinsitustressfielddistributionatdeep．incisedvalleyisspecially．Inaddition，theslopesofhydraulicprojecthavealotofgeologicaldiscontinuitydevelopment

8、，andsufferedintensivetectonicactivity．Thecuttingandunloadingprocessofvalleycausedsignificanttime—dependentdeformation．madeinsitustressfiel