白鹤滩水电站高拱坝坝肩岩体稳定性数值模拟研究

论文摘要

岩体初始地应力分布及拱坝坝肩岩体抗滑稳定性,是水电工程设计与施工所要考虑的重要因素,同时也是关系到拱坝安全运行的主要问题。本文以白鹤滩水电站为研究对象,通过对野外地质资料的统计分析,在研究区域地质背景、地形地貌、地层岩性、地质构造、河谷演化、岩体结构、区域构造应力场及岩体变形破坏特征的基础上,采用数值模拟方法,建立坝区三维数值计算模型,依据地应力实测资料,利用FLAC3D数值计算软件对坝区初始地应力场进行了模拟分析。同时,在坝区初始地应力场研究的基础上,对坝肩抗力体在拱肩槽开挖、筑坝过程以及正常工程荷载条件下的应力及变形响应进行了详尽的计算分析,通过各工况条件下应力场、位移场的变化情况,对坝肩抗力体整体稳定性进行分析与评价。具体内容和研究成果如下:（1）通过对野外地质资料的分析论证,深入认识了白鹤滩水电站坝区地形地貌、地层岩性、地质构造等工程地质条件,对坝区构造应力场及河谷的形成与演化进行了初步分析。并根据实测地应力对坝区地应力场特征做了初步评价。（2）对坝区岩体结构面进行了工程地质分级、分类,并对各级结构面的工程地质特性进行定量、半定量的描述和分析,对关键控制性结构面做重点分析。（3）分析坝肩岩体变形破坏特征及变形破坏模式,对坝肩抗力体的底滑面、侧裂面工程性状进行详细调查,并对重要的层间、层内错动带及重要断层的工程特性详细分析。（4）分析坝区河谷演化史,概化河谷下切方式和期次,建立坝区三维地质模型,利用FLAC3D数值计算软件,以地应力实测资料为基础,对坝区初始地应力场进行了反演分析。（5）通过工程经验类比方法选择拱肩槽开挖坡比,建立拱肩槽开挖模型,计算分析拱肩槽开挖扰动下坝肩抗力体的应力变化情况及变形稳定性。计算结果表明,开挖卸荷过程对坝肩抗力体存在一定的扰动作用,但整体上所引起的应力-形变响应较小,在工程性状较差的软弱结构面出露部位局部发生的较大位移不会影响坝肩抗力体的整体稳定性。（6）按照坝体体型参数建立拱坝模型,计算筑坝加载过程中坝肩抗力体的应力变化情况和变形稳定性。结果显示,筑坝加载过程对坝肩抗力体的扰动作用甚小,坝肩抗力体整体是稳定的。（7）分析正常工况荷载条件下的坝肩抗力体的应力变化和变形稳定性。研究表明,在正常工程荷载下,白鹤滩水电站坝肩岩体变形的总体特征表现为坝肩左岸岩体的变形明显大于右岸岩体的变形,总位移较小,拱端位移符合一般规律,可以认为,在大坝正常工程荷载下,坝肩岩体整体是稳定的。但是,在错动带、断层等发育部位出现的位移突变现象,可能会出现局部稳定性较低的问题。以上部位在工程处理中应重点关注。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究意义及选题依据
• 1.1.1 研究意义
• 1.1.2 选题依据
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 岩体结构的研究
• 1.2.2 地应力场的研究
• 1.2.3 坝肩岩体稳定性研究
• 1.2.4 白鹤滩水电站高拱坝边坡稳定性的研究进展
• 1.3 研究思路、研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 研究区地质环境
• 2.1 区域地质背景
• 2.2 坝址区工程地质条件
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 地层岩性
• 2.2.3 地质构造
• 2.2.4 风化卸荷特征
• 2.3 坝区构造应力场
• 2.4 河谷的形成与演化
• 2.5 实测地应力场特征
• 第3章 坝肩岩体结构特征研究
• 3.1 结构面的工程地质分级分类
• 3.1.1 结构面的规模分级
• 3.1.2 结构面的工程地质性状分类
• 3.2 结构面的工程地质特性
• 3.2.1 Ⅱ级结构面
• 3.2.2 Ⅲ级结构面
• 3.2.3 Ⅳ级结构面
• 3.2.4 Ⅴ级结构面
• 3.3 岩体变形破坏特征
• 3.3.1 岸坡岩体浅表部变形破坏特征
• 3.3.2 岸坡岩体深部变形破坏特征
• 3.4 坝肩抗力体工程性状分析
• 3.4.1 坝肩抗滑稳定的基本模式分析
• 3.4.2 坝肩抗力体底滑面分析
• 3.4.3 坝肩抗力体侧裂面分析
• 3.4.4 坝肩抗力体整体稳定初步评价
• 第4章 坝区初始地应力场三维数值模拟
• 4.1 概述
• 4.1.1 FLAC3D 原理简介
• 4.1.2 地质原型概化
• 4.2 模拟思路和计算模型
• 4.2.1 河谷下切方式与期次的概化
• 4.2.2 计算模型
• 4.2.3 边界条件的确定
• 4.2.4 参数取值
• 4.3 计算结果评价
• 4.4 地应力场特征分析
• 4.4.1 应力场总体特征
• 4.4.2 河谷应力场演化过程分析
• 4.5 位移场特征分析
• 4.6 小结
• 第5章 施工过程中坝肩岩体稳定性三维数值模拟
• 5.1 概述
• 5.2 开挖坡比的设置及模型效验
• 5.2.1 拱肩槽开挖坡比的选择
• 5.2.2 开挖步骤的设置和实现
• 5.2.3 模型效验
• 5.3 拱肩槽开挖坝肩稳定性分析
• 5.3.1 应力场特征分析
• 5.3.2 位移场特征分析
• 5.4 筑坝过程坝肩稳定性分析
• 5.4.1 筑坝过程的设置和实现
• 5.4.2 筑坝后坝肩应力场分析
• 5.4.3 筑坝后坝肩位移场分析
• 5.5 正常工况荷载条件下坝肩稳定性分析
• 5.5.1 概述
• 5.5.2 应力场特征分析
• 5.5.3 形变场特征分析
• 5.5.4 拱坝坝肩变形稳定性评价
• 5.6 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果