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随着西部地区的的开发,我国在水利水电、矿山、公路、铁路等工程建设过程中涉及的人工边坡愈来愈高、地质条件愈来愈复杂,其稳定问题直接关系到工程的安全、进度和效益,成了相关工程的关键技术问题之一。本论文以四川雅砻江官地水电站竹子坝料场边坡为背景,在现场地质调查的基础之上,分析研究了边坡岩体结构特征和边坡破坏的主要模式,并利用多种方法对人工边坡的稳定性进行了分析计算,最后针对料场开挖过程中存在的变形破坏现象和设计方案,提出了开挖与支护建议,解决了工程实际问题,为以后同类边坡工程的稳定性分析和处理,提供了理论研究和实际参考价值。
本论文具体的工作及研究成果主要有:
(1)在现场调查基础上,深入研究边坡岩体结构特征,根据结构面延伸长度、宽度,对结构面进行分级;根据结构面特征和充填物,研究力学参数;结根据岩体破碎夹泥程度、结构面间距与发育组数及边坡与结构面的关系进行岩体结构分类,对边坡进行结构分区。竹子坝料场所有的结构面可分成Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等4个级别,其中fx2为Ⅱ级结构面,是料场山体及边坡稳定性的控制性结构面;岩体结构类型主要有散体结构、碎裂结构及层状结构,相应的边坡可划为散体结构边坡、碎裂结构边坡及层状结构边坡(又分为层状顺向坡、层状反向坡、层状横向坡);以Ⅱ级结构面fx2和Ⅲ级结构面fx7为界,平面上划为A~G等7个区,其中A、E、G区以层状结构边坡为主,B、F区以碎裂~层状结构边坡为主,C区以散体结构边坡为主,D区以碎裂结构边坡为主。
(2)分析既有人工边坡的变形破坏现象,结合地层岩性、岩体结构特征、地下水等工程地质条件,对边坡的变形破坏机制及设计方案可能存在变形破坏模式进行分析。竹子坝料场边坡自然状态整体稳定,但即有人工边坡存在变形破坏现象,经分析现有的变形破坏机制有两种,一是fx2断层破碎带及上盘影响带因岩土体强度不够产生塌滑,二是fx2与其它结构面构成楔形体因切脚临空产生滑移;利用剖面和赤平投影分析,设计方案潜在的边坡破坏模式,总的有圆弧形滑动、楔形体滑动、平面滑动、崩塌等多种形式,其中对边坡稳定性影响较大的,东坡为沿中缓倾角结构面和流层面产生的平面滑动,西坡为沿fx2断层带产生的圆弧形滑动,南坡为沿fx2断层带产生的滑塌和fx2与fx5(或fxn)组合形成的楔形体滑动。
(3)阅读大量文献对岩质边坡稳定分析的方法进行深入了解,针对工程特点应用CSMR法、极限平衡分析法和有限元法(含有限元折减法)等三种方法,对设计方案的边坡稳定性进行分析计算,研究边坡岩体质量、变形破坏过程及稳定系数,对边坡稳定性进行综合评价。经分析,若按设计方案开挖,竹子坝料场东坡将处于不稳定状态或极限平衡状态,西坡近南端的fx2断层破碎带局部不稳定,南坡边坡稳定性最差,变形破坏范围最大,存在边坡整体稳定问题。上述各边坡设计方案均存在或大或小的问题,需进行不同程度的调整。
(4)根据边坡稳定性分析成果,针对设计方案提出边坡的开挖和支护建议。东坡需放缓坡角和增加锚索;西坡宜适当放缓坡角,对fx2断层带进行一定深度的置换和锚固,并加强冲沟地表、地下水的引排;南坡需采取调整边坡走向、放缓坡角等措施将fx2断层破碎带和影响带挖除,并针对弱风化岩体及不利结构面增加锚索措施。