金沙江某水电站左岸坝肩开挖边坡稳定性分析及岩体质量评价研究【开题报告】.doc

开题报告课题名称 ：金沙江某水电站左岸坝肩开挖边坡稳定性分析及岩体质量评价研究学 生 ：胡杰指导教师 ： 教学单位 ：土木水电学院第一部分 课题的来源及研究的目的和意义本课题以金沙江某水电站左岸坝肩开挖边坡为背景，以该工程图纸及其它相关资料为依据，进行边坡稳定性分析和岩石质量评价。受复杂岩体结构、地貌条件的控制，坝址区存在较为严重的边坡稳定问题，尤其是坝肩开挖后形成边坡的稳定状况，会极大的影响大坝的正常运行。本论文针对该水电站坝肩边坡存在的工程地质问题，对其稳定性进行研究、分析与评价，对工程设计、施工具有一定的指导意义；同时，通过该课题的毕业设计，能加深本人对岩石力学及工程地质等学科基本知识的感性认识，同时对边坡稳定性分析和岩石质量评价以及边坡加固方面的基本步骤、基本方法有全面的了解，为今后继续深造或从事相关工作奠定了更坚实的基础。第二部分 国内外现状和发展趋势、学术动态1、边坡稳定性评价研究目前，边坡稳定性研究已有相当的水平和规模，边坡作为一个系统工程，其发展过程可表述为五个阶段： 50年代，着重将“地质历史分析法”应用于滑坡的分析和研究之中，研究仅仅限于单体刚体极限平衡分析及斜坡所处的地质条件和滑坡作用的规律、机制分析方面，并在构造地质学家将地质历史时期斜坡失稳现象归结为“重力滑动构造”观点的启发下，把斜坡失稳力源视为由地壳天然应力场支配下的斜坡重分布应力场控制。在此之前的研究多为地质描述和定性分析。 60年代，开始形成了边坡工程中的岩体结构观点，认为岩质边坡稳定性取决于边坡的各类结构面的特征。其后，孙广忠提出了“岩体结构控制论”，并出版了岩体结构力学，将赤平投影法和实体比例投影法应用于边坡工程;美国华裔学者石根华提出了“关键块体理论”:南京大学罗国煌等提出了岩坡优势面控制论，认为岩坡的变形破坏受坡内的优势面控制。 70年代以来，引进了岩石力学的有关概念及理论，来分析研究斜坡岩体的变形破坏，并从实践中归纳出了有代表性的变形破坏机制模式(王兰生、张悼元，1970)，探讨滑动面的选择、孕育、扩展及相应的斜坡变形破坏演变各阶段过程研究(E. Heok, J. W. Bray, 1977 )，将边坡地质体的形成演化机制与其变形破坏的全过程联系起来，认为斜坡的变形破坏是一个时效过程和累进行破坏过程，使边坡稳定性研究工作纳入了科学的轨道。 80年代，除侧重边坡稳定性分析方法的研究外(Saram, 1979, 1981)，人们还借助于数值和物理模拟手段(如基于连续介质的数值模型方法:有限元法、边界元法等;基于非连续介质的数值模拟方法:离散元(DEM)、块体理论等各种模拟分析手段，在系统科学方法的指导下，对边坡地质体赋存环境、内部应力状态、变形破坏机制、影响稳定性作用因素等进行了研究，从边坡整体上、作用机理等方面有了更为全面的认识和理解。 进入90年代后，随着系统科学、计算机技术及非线性科学的进一步发展，人们将注意力从边坡专题研究转移到边坡工程的系统性研究上来，更加重视边坡系统性的理论与实践研究，对边坡稳定性的分析与评价己经形成了一个完整的科学体系和一套较完善的分析研究方法，取得了一批有实用价值的成果。在系统论看来，斜坡环境有两个显著特点，一是开放性，即其与周围环境有着力学、能量及化学等各种祸合作用;二是正反馈性。在对地质原型调查研究的基础上，进行地质体的物理模拟及数值模拟，适用于不同地质力学模式(如块体结构、层状结构和反倾向边坡等)的边坡稳定性分析和评价方法也在不断完善，并将非线性系统理论、神经网络、分形理论、3S技术等先进理论与方法引入边坡分析中，形成了边坡研究的系统思路与方法。在此基础上，通过对长期以来边坡积累的大量现场实录资料(成功或失败的)和实践经验进行系统研究，建立了基于“满意解”的有效专家系统，使边坡稳定性研究产生了一个新的飞跃。拓展了人们对地质体的认识领域，改变了人们的思维方式，并增强了人们对复杂地质体的认知能力及驾驭能力。 经过多年的科学探索，在斜坡稳定性研究方面己经形成较为成熟的四种方法：工程地质类比法、地质历史分析法或称过程机制分析法、模型模拟法、数学力学计算法。然而由于地质体的复杂性、灰色性以及斜坡系统演化的概率特点，完全得到其确实逼真解、最优解是不可能的，理想的结果是求取基于确定模型和概率模型的满意解。各种新技术、新方法、新理论的引入技巧与上述方法的耦合是上述评价方法发展的主要趋势。 然而，自然边坡经过漫长的地质构造及自然风化作用,其表面地应力风化卸荷,岩体基本上处于平衡状态。在进行人工切削边坡和深切边坡后,岩体的自然平衡状态遭到严重破坏,其受力条件的改变只能依靠自身来承担。岩体至少在一个方向大面积卸荷,造成应力的二次调整,形成大规模的卸荷体,局部可能存在拉应力,卸荷条件下的应力应变极为复杂和不利。在这种情况下,常规的力学加载方法已经不适合研究卸荷条件下的岩体力学特征。因此，在分析开挖边坡的稳定性同时必须考虑到其卸荷特征，作为最终结论的一个重要参考依据。 2、岩体质量评价研究在大中型水利水电勘测设计过程中，坝基岩体质量分级及铜室围岩分类是必不可少的对岩体质量进行评价的最主要方法，并且均有较多、较成熟的分类、分级方案，规程规范中也建议了部分分级、分类方案。而边坡岩体质量分类目前在工程中应用较少，实际上，边坡岩体质量的优劣也直接影响到了工程安全及造价。世界上各国目前应用较多的边坡岩体质量分类是比尼奥斯基(Bieniwski) 1976年提出的RMR (Rock Mass Rating)分类和罗曼那(Romana) 1985年在RMR分类基础上提出的SMR( Slope Mass Rating)分类。RMR分类主要考虑了完整岩石的抗压强度、岩体RQD、节理间距、节理条件、地下水这几个特征值，作为对岩体质量量化描述的依据。我国“八五”期间充分利用了大量登录资料，参照RMR和SMR方法，完善了RMR分类参数及评分标准，并计入了边坡高度及结构面条件对边坡稳定性的影响，经慎密的理论分析和40个工程的验证，提出了CSMR (Chinese system for SMR)分类体系，进一步边坡岩体质量分级。 此外，岩体动态分类、非线性分类的方法如:模糊聚类分析、判别分析、神经网络等方法相继应用于岩体分类中来。一些学者开始强调岩体工程分类与岩体力学参数估算关系的建立，与工程岩体处理方法、施工方法相结合，成为岩体质量评价最新研究趋势。第三部分 研究内容与技术路线 主要研究内容概括起来有两部分，一是边坡开挖以后的稳定性分析，一是岩体质量评价。前一部分可通过收集基本资料（地形地质、地层岩性、地质构造等），选择某种评判准则，然后建立相应的物理力学模型，通过计算机近似模拟、分析求解得出结论。后一部分则主要通过研究目前的岩体质量分类方法，提出本课题自己的分类标准，然后可以对所研究的岩石质量作出评价。 具体的研究思路见下图： 坝址工程地质条件研究地形地貌地层岩性地质构造水文地质地应力边坡岩体结构建模及破坏机制分析岩体结构特征边坡分带性变形破坏模式自然边坡结构分区及稳定性评价边坡结构分区及稳定性评价地质分析与判断极限平衡计算工程边坡稳定性评价整体稳定性计算局部稳定性计算结论及建议岩体质量分类研究分类方案选择分类指标选择原则分类结果及相关性分析岩体质量评价及对边坡稳定的影响第四部分 原始资料及主要参数 1、毕业设计（论文）课题任务书 2、白鹤滩水电站可行性研究阶段坝址选择工程地质勘察报告第五部分 参考资料及文献（1）金沙江某水电站可行性研究阶段坝址选择工程地质勘察报告2005年（2）建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002）（3）岩土工程勘察规范（GB50001-2002）（4）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）（5）湖北省三峡库区滑坡防治地质勘察与治理工程技术规程（6）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）（7）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB500862001）（8）基于岩体质量分级的岩石力学参数研究(姜平 P1-4)（9）岩体工程质量分级应用研究（任重阳 唐爱松 P1-2）（10）大渡河长河坝水电站坝肩边坡稳定性研究（张进林 P12-13）第六部分 毕业设计的进展计划安排 12月18日12月24日 熟悉资料，借阅参考文献12月25日1月5日 外文翻译，文献综述和开题报告3月12日4月15日 开挖边坡稳定性分析4月16日5月27日 开挖边坡加固处理5月28日6月3日 检查整理6月 4 日6月10日 毕业答辩，评定毕业设计成绩第七部分 毕业设计成果要求（包括外文翻译、文献综述、开题报告、设计或论文正文的数量等要求）1、翻译：共 68 页 30005000 字2、综述： 510 页 500010000 字3、开题报告： 46 页 20003000 字4、计算说明书： 5060 页 20000 字5、图纸： A3 号 4 张第八部