库水位升降条件下水电站边坡稳定性研究

摘要

在水利水电工程设计、施工、运营和报废的漫长生命周期中，库水位涨落被认为是引发库岸边坡滑坡的重要因素之一。成规模的库岸滑坡对库区和下游的影响往往是灾难性的。研究库水位涨落诱发边坡失稳的机理及其数值计算分析，能为滑坡治理提供科学的参考和指导依据。因此，本文以锦屏一级水电站枢纽区库坝左岸为例，使用ANSYS软件的自动划分离散网格功能，对边坡几何和地质模型进行了全尺寸三维的数值建模，模型导入到FLAC3D软件，利用FLAC3D自带的Fish脚本语言建立渗流本构准则，在充分考虑该边坡在库水位迅速涨落等极端情况下，从有效应力角度，进行了库水位变动对边坡稳定性影响模拟研究，并探讨了安全评价机制，该研究成果对坡面排水和库水调控提供理论指导和建议。
　　本论文从两方面研究了蓄水水位变动对库岸边坡的影响：
　　1、库水位迅速升降后边坡地下水位变化的“滞后效应”。分别计算了水位上升、渗流平衡和水位下降等不同阶段边坡的安全系数，结果表明：
　　（1）在库水位停止上升到渗流平衡的过程中，边坡安全系数逐渐减小；在库水位停止下降到渗流平衡的过程中，边坡安全系数逐渐增大。
　　（2）与其他两个阶段相比，在库水位迅速下降阶段，边坡的安全系数最低，当水位下降至1640米时，边坡的安全系数小于1.3，边坡容易在地震等其他扰动下发生滑坡破坏。
　　（3）通过改善边坡的排水状况，消除地下水位变化的“滞后效应”，能够提高边坡在库水位迅速下降阶段的安全系数；通过控制库水位下降的速率和幅度，能够减小库水位升降引起的渗流力，消除其对边坡稳定的不利影响；
　　2、水对边坡岩体的弱化作用，包括短期内水对断层等软弱结构面的弱化作用和长期的库水涨落对边坡“消落区”岩体的弱化作用。通过计算峰值水位时，边坡在断层和“消落区”取不同软化系数时的安全系数，建立了安全评价机制，总结如下：
　　（1）f5、f8断层的软化对锦屏一级水电站枢纽区左岸边坡稳定性的影响很小。
　　（2）随着“消落区”岩体软化系数的减小，边坡的安全系数也逐渐减小；随着“消落区”范围的扩大，边坡的安全系数降低明显。
　　（3）控制库水位升降的幅度，减小“消落区”的范围，能够有效降低“消落区”岩体的劣化对边坡稳定性的影响。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 基于FLAC3D软件的渗流稳定性分析

2.1 FLAC3D中的强度折减法

2.2 FLAC3D流固耦合分析

2.3 模型验证

2.4 本章小结

3 库水位升降不同阶段边坡的稳定性研究

3.1 工程概况

3.2 研究方案

3.3 计算模型

3.4 边界条件和计算过程

3.5 模拟结果与分析

3.6 本章小结

4 结构面岩体弱化条件下的边坡稳定性分析

4.1 数值计算中的岩体弱化处理方法

4.2 断层软化条件下边坡安全系数的计算

4.3 本章小结

5 “消落区”岩体劣化条件下的边坡稳定性分析

5.1 “消落区”在1800-1880米时边坡的安全系数

5.2 “消落区”在1640-1880米时边坡的安全系数

5.3 本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢