茨哈峡水电站2号变形体的工程地质特征研究毕业论文.doc

装订线茨哈峡水电站2号变形体的工程地质特征研究毕业论文目 录摘 要1目录3第一章 绪论51.1 选题的目的和研究意义51.2国内外发展现状及趋势61.2.1边坡的研究现状和发展趋势61.3主要研究内容和研究思路8第二章 研究区地质环境背景102.1 自然条件102.1.1气象条件102.1.2水文条件102.2 工程地质条件102.2.1地形地貌102.2.2地层岩性102.2.3地质构造122.2.4水文地质142.2.5新构造运动与地震14第三章 与岩体稳定性有关的工程地质问题163.1岩质边坡的简单介绍163.2边坡的等级划分11163.3岩质边坡稳定的主要影响因素163.4岩质边坡的主要破坏模式18第四章 茨哈峡水电站2号变形体的工程地质特征研究194.1工程地质特征194.2边坡变形破坏机理分析224.3变形体几何边界条件及物理力学参数取值24第5章 茨哈峡水电站2号变形边坡稳定性评价265.1 变形体稳定评价方法的依据265.2 2#变形体稳定分析的极限平衡法265.2.1 方法选择的根据26 5.2.2软件自选安全系数最小潜在画面的计算天然状况下的稳定性计算：285.2.3 指定滑面的稳定性计算355.3 2#变形体数值模拟法的分析41本章小结43第六章 结论与建议44参考文献46致谢47共 页 第 42 页第一章 绪论11 选题的目的和研究意义边坡可分为自然边坡和人工边坡这两种，自然边坡是在天然状态下随着时间的推移演化形成的,人工边坡则是，人类自身为了满足自身生活、生产的需要在建设过程中根据场地的地形地势进行人为改变、改造形成的。近年以来,随着我国经济建设的快速发展进步,基础建设也随着进入了之前所没有过的快速发展道路,例如铁路、公路、机场、水利水电工程等，这些大型工程的大规模建设就是很好的例子。特别是水利水电建设多，涉及地质环境复杂，边坡问题处理特别常见。我国是一个山地面积占较大部分的国家,丘陵山地构成了我国的主要地貌特征,因而地理地质条件是非常复杂的。我国技术可开发水能资源丰富,中国的水能资源有非常大的开发潜力，那么我们在开发利用水资源的时候，处理边坡问题是很常见的工程课题。本文研究的是水电工程边坡，茨哈下水电站2#变形体的稳定性评价，其是一个典型的顺层岩质边坡。受地形、地貌和气候条件等因素的控制,我国的水能资源很多蕴藏在西部的高山峡谷地区，尤其是西南地区更为丰富,而东北、华北、华东及华南等地区，虽然地理位置比较好,但是可以利用的水能资源相对是较少的,而且能利用的己基本开发完成,水电建设的重心正逐渐的向资源丰富，但是开发程度有限的西部地区转移。开发西部水电资源、进行西电东送是实施西部大开发，协调区域差距而进行的重大课题之一,这样才能更好的实现我国水电资源的优化配置。近年以来，我国的西藏地区东部、青海等偏远地区水电建设如火如荼。由于水电站的建设，库区的地质环境、水文条件甚至气候条件都将会发生前所未有的变化。在水库里大量水的长期作用之下，库岸边坡必然会以各种各样的形式促进该地区的地质历史演化过程，这个过程中发生失稳、塌岸等地质灾害很有常见。本文研究的变形体所在的水电站，其位置就在我国的西北地区，该变形体的稳定性问题是该地区水电建设过程中很常见的问题。西部的水能资源多集中青藏高原周边地区,该地区是一规模宏大的地壳厚度陡变带,也是一重力梯度异常带和深层构造带,伴随着强烈的内外动力地质作用,形成了高山耸立、沟谷深切的典型的高山峡谷地貌景观。但由于岩土体的复杂性,目前人们仍未能全面、正确地认识边坡的失稳破坏机理、边坡岩土体力学参数、边坡岩土体与锚固结构相互作用机理等工程特性。因此,对其进行持续不断地深入研究仍是有必要的,其难度也越来越大。茨哈峡水电站2#变形体的变形机理、参数、可能的破坏类型等是本文要研究的重点。自然界中具有层状构造的沉积岩约占我国陆地面积的将近70%1,而且很多变质岩也是具有层状构造特征的。因而我们人类进行工程活动时遇到大量的层状岩体稳定问题非常正常。一般来说,对于岩石圈表层的岩体,其工程地质特征还是比较复杂的，对复杂的地质体的工程处理还是处在一个很浅的水平。在层状岩体工程中,顺层岩质边坡的问题在水电站建设中经常遇到的,而且顺层边坡的变形和破坏是非常典型的一类工程地质问题。就目前而言，我们对对顺层岩质边坡的工程性状、破坏机制，发展规律等缺乏深入的了解，因而造成的重大事故屡见不鲜让人触目惊心。例如，1963 年10月9日在意大利瓦依昂水库发生了顺层岩质滑坡，其规模相当大，滑坡体积超过2.5亿 m，当时引起的涌浪 高达260m ，导致了 3000 多人死伤；1996 年 10月28日发生在云南虎跳峡的顺层岩质滑坡更是严重，巨大滑体从高差达到300多米的位置下滑，直接滑入金沙江当中，造成的后果非常严重。发生在湖北巴东白岩沟大桥左侧的顺层边坡发生事故也很严重,由于坡脚开挖不合适,从而诱发了上部几十万方层状岩体下滑，破坏非常严重,因而对大桥和下方建筑物构成很严重威胁。这些事故血粼粼的教训，造成了很坏的社会影响，值得总结研究。这些顺层滑坡造成的事故，给工程建设带来了巨大损失，给人民生命财产安全带来了很大的威胁。由此观之，目前人们对顺层岩质边坡的稳定性的研究还很不够，还需要继续进行认真的研究认识。本文对茨哈峡水电站2#变形体进行稳定性评价，就是基于水电站建设的安全考虑的，该变形体是一个顺层变形体，而且岩层倾角比较大，已经发生变形，后缘已经产生数条拉裂缝，因而必须对其稳定性进行评价，进而根据其稳定性评价情况，采取相应的工程措施。可见研究顺层岩质边坡的稳定性很有意义,对国民经济建设,尤其是重大工程安全以及人民的生命财产安全具有重大意义。因而茨哈峡水电站2#号变形体的稳定性评价也是很有必有的。1.2国内外发展现状及趋势 地质灾害评价的重要内容就包含边坡的稳定性评价，水库岸坡的稳定性属于边坡稳定性中的很典型的一种，水电站建成后库岸稳定性考虑的重点，直接关系到电站的安全和运行。本文研究的是坝址下游的边坡稳定性，对整个电站区域而言，其稳定性的重要性还是比较大的。本文研究的边坡是顺层岩质边坡，顺倾层边坡是自然界中广泛存在的边坡，对它的研究非常重要。我们研究边坡稳定性，一般的分析方法大致有两大类，一类是定性分析方法，；另一类是定量分析方法。随着科学水平的发展，基于前面两种分析方法，人们逐渐发展起来一些新的方法对边坡稳定性进行分析评价,例如可靠性分析法、系统工程地质分析法、模糊分级评判法、灰色系统理论分析法等,一般称之为非确定性分析方法5。地质力学模型等物理模型方法、现场监测分析方法等。以上方法在此不做过多解释，本文用的是建立物理模型的极限平很法。1.2.1边坡的研究现状和发展趋势地质灾害评价非常重要的一部分内容是对边坡稳定性的评价,库岸稳定性就是边坡稳定性的一个基本范畴,库岸稳定性主要考察的是由于蓄水后可能造成的岸坡失稳对水库和工程的一些负面影响6。而顺倾向边坡是自然界中普遍存在的一种边坡,所以对它的研究也是非常重要的。定性分析方法和定量分析方法是边坡稳定性研究分析方法最为常见的两种研究方法。但是在这两种分析方法的基础上,近年来人们渐渐研究出来一些新的边坡稳定性分析方法,例如灰色系统理论分析法、可靠性分析法、系统工程地质分析法、模糊分级评判法等,在这里暂且称之为非确定性分析方法。除此之外,还有现场监测分析方法及地质力学模型等物理模型方法。 (1)定性分析方法定性分析方法一般包括工程类比法、图解法和自然历史分析法这三种分析方法。其主要优点是能够研究影响边坡稳定的各种因素,迅速地对边坡的稳定性状况和其发展的趋势做出评价。(2)定量分析方法定量计算方法根据不同边坡类型,稳定分析目的及精度要求应用不同的方法,主要有极限平衡法和数值分析法两种。极限平衡法极限平衡法是工程实践中应用最为普遍的一种方法，同时也是边坡稳定性分析计算最为主要的方法。这种方法是在假定由于滑体沿滑动面发生滑动面而造成的岩土体破坏的情况下进行研究的一种方法。在极限平衡法中虽然很多情况是人为地作的一些假设,有时候可能不能够代表斜坡应力的实际状况、滑动形状,但是这种方法发展历史较长，计算也非常地简单,此外，单就稳定性而言,其研究结果已经可以满足实际的需求,特别是对土坡而言。通过对各种极限平衡法的比较和说明,在参数一样的状况下,运用不同的计算假设其相互之间的结果差别并不是很大。但是,极限平衡法也存在着一些问题，这是由于在极限平衡法中滑坡的边界条件被进行了很大地简化,在计算中选择使用的很多参数也常常是线性变化的甚至是确定的。其采用对非常复杂的情况进行简单地处理的方法,虽然在具体的工程实例中起到了一定的作用,但并没有真实地反映出客观实际的情况。到目前为止,在工程中经常用到的极限平衡稳定性分析方法有Baker-Garber临界滑面法、Bishop法7、平面直线法、Janbu法9、可成形体法、传递系数法、Fellenius法和传递系数法等。极限平衡法在实际的工程中是运用最为普遍的一种方法，主要原因是其使用简单、物理意义相对其他方法也比较清晰。近些年来,人们已经开始把这些方法进行程序化,目前很多商用程序,如加拿大一系列的,国内的甚至一些公司的等都是基于极限平衡法开发的。当然,任何一种方法都有其局限，极限平衡法也不例外，它也存在很多不足之处,例如不能够考察岩土体的复杂地质条件、复杂边界条件、应力历史、岩土体材料的应力及应变关系、时间因素等影响因素。数值分析法美国人最早应用有限元法来分析土坡稳定性问题的, 在岩土工程中的应用中，数值计算方法得到了快速的发展,也获得了很大的进步,成为了目前岩土力学计算中应用最为广泛的分析方法。岩土工程中运用到的数值计算方法有很多，而常用的数值方法主要有界面元法、限单元法(FEM法)、连续介质快速拉格朗日分析法(FLAC)、流形元法(NMM法)、离散单元法(DEM法)、块体系统连续变形分析法(DDA法)7等。目前，大多数节理岩体的数值分析方法是以力学特征和实际岩体的节理分布形态为基础进行直接模拟的一种分析方法。在有限元中,节理单元或位移不连续法经常被用于节理单元或界面单元描述节理的性质。由于有限差分法的快速，节理岩体的应力分析有时也会运用拉格朗日分析法。在少量节理岩体的情况下,也可以采用界面元的方法,而对于复杂密集的节理岩体就需要运用遍历节理模型。由于上述方法都是以连续介质为出发点,且基于小变形的假设,虽然也可以解决由几种介质所组成的非均质问题,并用节理单元等方法模拟为数不多的节理或断层等结构面。离散元法是允许节理岩体的块体分离、转动和滑移,而这些正是节理岩体重要的变形和破坏机制。因此离散元是模拟节理岩体变形破坏及其演变趋势的有效方法之一。1.2.2顺层岩质边坡的研究现状关于顺层岩质边坡的研究,在稳定性评价和预测、失稳机理等方面已经有了一定的研究成果。早在上世纪年50年代,国内外的一些学者就开始从边坡岩体内部结构的变化入手来研究变形破坏的机制,并且提出了一系列变形破坏地质力学的模式。最后也取得了一定的认识,但对于边坡岩体变形破坏的机制的研究通常多以定性描述为主,而且由于不同的水文地质条件,不同的坡，其结果又不完全相同。特别是关于顺层岩质边坡失稳的研究,在实际工程中不是很实用。在对顺层滑坡进行定量分析计算方面,由于顺层滑坡破坏的形式相比其他而言比较简单,目前已经有了较多这方面的研究。但这些研究在分析的过程中常常会忽略掉岩体在实际情况中所受的一些较为重要的用力。近些年来,关于顺层岩质边坡的研究虽然己经取得了很大的研究成果,关于它的稳定性计算理论也逐渐趋于成熟,但在工程实践的过程中,计算所得到的一些结果有时会与边坡的真实情况相差很大,造成这种现象的主要根源有两个。一是,人们对于顺层岩质边坡破坏的内在机理的认识还不够全面和成熟,在分析岩质边坡的破坏机理时,占据主要地位的观点仍然是剪切破坏的观点。这种观点大多是把岩体视为连续介质,并把岩石试块实验结果作为其依据,但工程实践证明,剪切破坏方法被用于分析顺层岩质边坡的破坏机理是非常不全面的。顺层岩体的破坏形式有很多种，在现实情况中很多是几种的复合。顺层岩体有张破裂, 也有剪切破坏，而更甚者的是很多是既有剪破坏,又有张破裂及扭转,弯折等复合型破坏。然而人们经常运用的大多数方法是由于岩体达到强度极限,而形成滑裂面而破坏的计算方法,但是岩体的破坏除了岩块的材料破坏之外,即张破裂和剪破坏外,还有更为重要的沿结构面的张裂和滑动破坏。在顺层岩质边坡常见的破坏模式中，其岩体的破坏主要以结构失稳为主,材料破坏则仅仅处于次要的地位。由于目前人们对于边坡破坏机理的认识不是很全面和清楚,对其破坏的研究大多停滞在定性的描述上,笔者认为对边坡滑移的破坏模式和机理进行更深层次的研究是非常重要的。二是,面对顺层岩质边坡的不同情况，人们经常仅仅运用一种理论去分析顺层岩质边坡稳定性状况,其中应用最为频繁的一种方法是极限平衡理论2。但由于这种计算方法不能够考察岩土体的复杂地质条件、复杂边界条件、应力历史、岩土体材料的应力和应变关系、时间因素等影响因素,所以不能够全面地研究顺层岩质边坡的稳定性。因此，在实际工程操作中,人们应当依据边坡工程的具体情况及其使用的目的,综合使用多种分析方法进行全面而恰当的研究和分析,争取得到一个符合客观实际的分析结果。近些年来，随着计算机技术的进步和数值分析方法的逐渐成熟, 顺层岩质边坡稳定性的研究开始广泛应用数值模拟的方法,但是由于绝大多数边坡的变形破坏是个逐渐变化的进程,仅仅从力学角度去分析其稳定性很明显是不全面的,所以应该从动态的角度以数值模拟技术为手段去分析,才能够更深层次地研究和分析顺层岩质边坡的变形破坏。笔者将利用数值分析方法来研究顺层岩质边坡破坏的形成机制及发展演化,并提出一种适合于顺层岩质边坡的评价方法。1.3主要研究内容和研究思路本文以茨哈峡水电站的建设为工程实例，对该电站2号变形体的稳定性经性进行评价，该变形体为顺层岩质边坡，结合该变形体对顺层岩质边坡的稳定性影响因素、破坏模式、破坏机理以及稳定性评价方法等方面进行阐释和研究。最终结合2号变形体的特点，选择合适的方法对2号变形体不同工况下的稳定性进行评价。（1） 查阅国内外有关文献，阐明不同结构岩体边坡破坏的模式及相应的稳定性评价方法；（2） 就顺层岩质边坡的破坏模式、破坏机理进行深入阐述，以及稳定性评价方法进行介绍；（3） 以茨哈峡2号变形形为例，阐述该边坡工程的地质特征、具体破坏模式、特征；搞清变形体和滑坡的区别；并在此基础上分析确定该边坡稳定性评价所需的潜在滑动带参数，通过选取合理的计算参数，弄清楚该顺层岩质边坡的破坏特征，并对其稳定性进行计算和评价。（4） 利用极限平衡分析、数值模拟等手段分析边坡在天然、地震及降雨条件下的稳定性状况；（5） 由分析计算结果，然后提出相应的防治措施。第二章 研究区地质环境背景2.1 自然条件2.1.1气象条件2#变形体所处的茨哈峡水电站处于内陆高原，海拔相当高，白天光照时间也很长，是典型的内陆高原气候，位于高原半干旱高寒型气候区域。该地区冬季非常寒冷，而且冬天持续时间很长，夏季又很凉爽，历时又比较短。根据距离坝址50k m的同德县的气象资料显示，该地区多年平均气温为0.5，绝对最高气温为29.8，而绝对最低气温低至-37.2，该地年平均降雨量为425.2mm，而且大多集中在69月份之间，平均蒸发量却高达1482.4mm，湿度平均值为56%，据资料记录的最大风速为25m/s，最多的风向是ENE。2.1.2水文条件因为该研究区是在高原半干旱高寒气候区，而且年平均降雨量远不及年蒸发量，因而地表水相当贫乏，除了坝段上游附近叫多宗龙洼的河沟内常年流水（约0.51m3/s）外，其它的形形色色的冲沟均是干沟。2.2 工程地质条件2.2.1地形地貌茨哈峡水电站位于黄河外斯龙羊峡河段，该段黄河绕阿尼玛卿山回转180后，河水改变方向为向北流，黄河的河道由高原下切变成高山峡谷（海拔30064510m）。黄河在这段峡长川少，河的水面高程为2762.62754.3m。黄河两岸山势陡峭险峻，大多是“V”型的峡谷，两岸边坡坡度较大（坡角4164），相对高出河水位超过410m，山体雄厚，岩石是裸露风化不严重，流水比较湍急，河床比降约为3，这段河谷底部平均宽度为4060m，其基岩裸露状况也比较好，而且其覆盖层大部分是比较薄的。两岸阶地不很发育，然而局部有高阶地的存在。黄河在这段的主要支流有左岸的曲什安河、切木曲、多宗龙洼、加木龙特、大河坝河这五条支流；在右岸的支流有茨哈河、巴曲、江前河等3。该坝段年代处于同德第四系，位置是在断陷盆地中，峡谷两岸是平台草地（海拔31503250m），分别称是左岸的吉浪滩、右岸的胡列滩，该水库是峡谷型水库。该水库的正常蓄水位达到2970m时，坝前最大水深约225235m，回水能到上游尔的多沟附近，水库的全长超过70km。其峡谷为“V”型，两岸山体很是雄厚，阶地不发育，其两岸基本是对称的，相对高差400m左右，是同德盆地段的，高程4001000m（多宗龙洼以上高山峡谷段），两岸岸坡险峻，一般坡度4065，部分地段达6580。库区两岸的大型冲沟较为发育，可见该库区地质条件相当复杂。2.2.2地层岩性区域内出露的地层由老到新依次为为：区域内出露的地层由老到新依次为为：(1)二迭系下统（P1）主要分布在羊曲坝址及其下游河谷、左岸娃彦山、拉塘滩以西赛什塘山前缘等处。是由一套轻度区域变质的碳酸盐岩、以及砂、泥质碎屑岩组成的。它可以分为三组，其总厚度超过2000m。夹有碳酸盐岩的碎屑岩的组（P1a）：主要岩性是灰紫色及灰黄色含长石砂岩、砾砂岩、角砾状灰岩、板岩、粉砂质页岩夹灰白色灰岩。碳酸盐岩组（P1b）：上部为灰岩，颜色在灰到灰白色之间，厚度从巨厚到块层状之间，含白云质灰岩（或灰质白云岩）。下部岩性是钙质石英砂岩、灰岩；变质碎屑岩组（P1c）：岩性主要为灰绿、灰黑、灰色变质长石千枚状粉砂质板岩、粉砂岩、砂岩、千枚岩夹灰岩及不稳定的二云石英片岩、混合岩等岩性。上覆三迭系下统与二迭系是地层角度不整合，或者说是断层接触。（2）三迭系下统（T1）主要分布在水库库尾、原茨哈梯级上游。由一套巨厚的砂、泥质碎屑岩组成。可分为三组，总厚度大于5300m。泥质长石硬砂质碎屑岩组（T1a）：其岩性主要是长石硬砂岩、灰、深灰、灰黑色粉砂粘土质板岩、粉砂岩以及变质砾岩，其与下伏的二迭系地层呈角度不整合，或是断层接触的关系。凝灰质复矿质碎屑岩组（T1b）：岩性主要为变质凝灰岩、轻变质复矿砂岩夹钙质复矿粉砂岩及粘土质板岩，含不稳定的泥质灰岩或粉砂质灰岩透镜体。硬砂质长石质碎屑岩组（T1c）：岩性为灰、灰绿色变质硬砂质长石砂岩，夹变质长石砂岩、板岩及少量变质凝灰岩。(3)三迭系中统（T）安尼锡克期分布在坝址、水库及周边广大地区。由一套巨厚的砂、泥质碎屑岩组成。可分为五组，总厚度大于5000m。灰色板岩与砂岩互层，夹巨厚层砂岩、砾岩及灰岩透镜体（T2a），厚度大于3500m。灰绿色砂岩夹板岩与灰色砂板岩互层、偶夹石灰岩、砾岩透镜层（T2b）。灰色板岩与灰绿色砂岩互层，局部为砂岩夹板岩（T2c）。灰、灰绿色板岩、粉砂质板岩夹灰绿色砂岩及砾岩、石灰岩透镜层（T2d）。灰灰绿色砂岩夹板岩（T2e）。 侏罗系中下统（J1-2）羊曲群主要分布在羊曲东南部的黄河两岸，分上、下亚群：下亚群（J1-2in1）：岩性为灰灰绿色及杂色砂岩、砾岩、泥岩夹不稳定的薄煤线或炭屑。厚度8595m。与下伏三迭系、二迭系地层呈角度不整合接触。上亚群（J1-2in2）：岩性为紫红、灰绿、青灰等杂色砂岩、泥岩及砾岩。厚度50112m。与下伏下亚群呈超覆接触、与三迭系、二迭系地层呈角度不整合接触。 第三系上新统（N2）主要分布在羊曲及茨哈峡坝址附近的盆地边缘及河谷地带，总厚度大于1500m。与下伏地层呈角度不整合接触。分三个岩组：下岩组（N2a）：岩性为紫红暗红色砂岩、泥岩，底部为不稳定的砾岩或砂砾岩。中岩组（N2b）：岩性上部为桔黄（夹暗紫）色砂岩夹泥岩；中部为暗紫红色厚层砂岩夹酱紫色泥岩；上部为土黄色巨厚层粗砂岩与砾岩互层，夹桔红色粉砂质泥岩。上岩组（N2c）：岩性为紫红色粉砂质泥岩夹粉砂岩、砂岩。 第四系（Q）主要分布在羊曲、茨哈峡坝段下游川地及岸坡顶部。下更新统（Q1al+l）：分布广泛，为一套杂色河湖相砾岩、砂砾岩、泥岩。下部为黄绿色砂砾岩夹棕黄色、粉红色薄层粘土淤泥层，钙质胶结，坚固、半成岩，厚约10m；中部为桔黄色粉砂质泥岩夹砂砾岩，泥钙质胶结，半成岩，厚约12m；上部为深黄色砂砾岩夹粉砂质泥岩，钙质胶结，半成岩，厚约28m。中更新统（Q2fgl）：仅分布在同德东南的盆地山前地带，为冰水堆积灰红色砂砾石，厚约30m。上更新统（Q3al+pl）：广泛分布在山前或山间冲洪积平原，为一套冲洪积相具二元结构的堆积层。下部为砾石层或砂砾石层为主，局部为钙质胶结或弱泥质胶结；上部为黄土状粉砂，局部为粉砂质粘土及风成砂。厚10100m不等。全新统（Q4）：成因类型复杂，包括河流冲积、风积、沼泽堆积、洪坡积及滑坡堆积等。厚550m。 印支期侵入岩为中酸性岩脉，岩性主要为花岗岩、石英岩、石英闪长岩等。顺层、斜切岩层和沿断裂带发育，呈岩脉状侵入于三迭系地层中14。2.2.3地质构造本区大地构造部位为秦岭地槽褶皱系，松潘甘孜地槽褶皱系及祁连地槽褶皱系的交汇部位，构造体系上为秦昆东西向构造和南部青藏“歹”字型构造体系头部外围构造交汇区。本地区多年历史资料显示，该地区很少发生地震，强震更少，因而影响就不是那么尤为重要了。图2-1 研究区的大地构造单元祈连加里东褶皱系；1 北祁连优地槽带；2 中祈连中间隆起带； 3 南祁连山冒地槽带；4 拉脊山优地槽带 柴达木准地台 松潘、甘孜印支褶皱系；1 青海南山冒地槽； 2 西倾山中间地块；3 巴颜喀拉冒地槽带图2-2 区域地质构造略图拉脊山北缘断裂；拉脊山南缘断裂；野牛山断裂；德欠寺-阿什贡断裂；扎马山断裂；文都大寺断裂；岗察寺断裂；尖扎东断裂；循化东断裂；乌龙沟断裂；松坝断裂2.2.4水文地质地下水主要为基岩裂隙水和第四系松散层孔隙潜水。其中基岩裂隙水主要赋存于三迭系地层构造裂隙中，由大气降水和远山冰雪融化水补给，水量较小，两岸地下水位较高，向河谷方向排泄；孔隙型潜水则主要赋存于河床砂卵砾石层孔隙之中，水量较丰富。由于研究区属高原半干旱高寒气候区，年平均降雨量远小于蒸发量，地表水较贫乏，除坝段上游附近的多宗龙洼沟内有常年流水（约0.51m3/s）外，其它大小冲沟均为干沟。坝区内泉水露头较少，仅在上坝址右岸坝前319m（高程2842m）处、坝前608m（高程2841m）处及坝前1024m（高程2851m）处见3处泉水，系基岩裂隙水沿裂隙面渗出，水量约0.20.5l/min。黄河河水属HCO3-Ca2+K+Na+（Mg2+）型，矿化度较小（0.300.32g/l），对砼无腐蚀性；附近的多宗龙洼及曲什安河水属HCO3-SO42-Ca2+Mg2+型，矿化度0.450.50g/l，对砼亦无腐蚀性15。根据坝段范围内钻孔的压水试验结果，综合分析各类岩体的透水性如下：强风化岩层：以中等透水为主；松动、倾倒岩体及变形体：岩体透水性强，透水率以强中等透水为主；弱风化岩体：以微透水及弱透水为主；微风化岩体：与岩性关系不大。全部为微透水2.2.5新构造运动与地震本区为青藏高原东北部边缘地区，青藏高原自第三系以来受印度板块北冲的影响，呈现大面积隆升，青藏地区第四纪上升的高度在35004000m（表1-1），位于茨哈峡电站北部的共和盆地，西宁盆地和化隆盆地，上第三系时均为大面积水域，沉积了数百千米的上第三系湖相地层12。由于青藏高原隆升，第四系湖水开始退去，但在共和盆地龙羊峡地区仍有厚度近610m的Q1地层沉积，自Q1后隆升，成为现代海拨高度25102810余米的共和是恰恰至河卡镇上百公里的平地。其上升幅度在数千米。因此大面积的快速隆升是茨哈峡地区新构造运动的主要特征之一3。表2-1 西藏各地第四纪以来上升幅度地 区现代高原面的高度(m)上新世地面高度(m)第四纪上升幅度(m)喜马拉雅山北坡5 000m左右1 000m左右4 000噶尔藏布谷地4 2004 6001 000m左右3 2003 600冈底斯山北坡4 6004 8001 000m左右3 6003 800黑阿公路沿线4 2004 5001 000m左右3 2003 500昆仑山南麓4 8005 0001 000m左右3 6004 000（据中科院西藏第四纪地质科考报告）中国地震局地壳应力研究所做的安全性评价初步成果显示，该地区50年超越概率10%的基岩地震动峰值加速度为0.11g，而100年超越概率2%的地震动峰值加速度为0.27g。根据以上茨哈峡水电站的工程地质资料和已有的岩质边坡稳定性评价的成熟理论，对茨哈峡水电站2#变形体的稳定性进行评4。第三章 与岩体稳定性有关的工程地质问题3.1岩质边坡的简单介绍岩体在自然重力作用或人为作用下，形成的具有一定倾斜度的临空面的坡体就是岩质边坡，一般岩质边坡根据边坡与岩层产状的关系划分为四种类型，分为顺层岩质边坡、反倾向岩质边坡、水平岩层岩质边坡和切层岩质边坡。顺层岩质边坡可分为缓倾角顺层岩质边坡（倾角为520）、中倾角顺层岩质边坡（倾角为2045）、陡倾角岩质边坡（倾角为大于45）。本文茨哈峡2#变形体属于陡倾顺层岩质边坡。岩体在形成的过程中，其内部原有的应力状态会发生变化，从而引起应力重分布、应力集中等应力变化，进而造成岩体发生不同程度的变形与破坏。由于内外营力对岩体的作用，会造成岩质边坡的外形、内部结构以及应力状态都会发生变化，因而在演变过程中会出现变形和破坏等现象，如滑坡、崩塌、倾倒等破坏。斜坡变形过程中的各种迹象，可以揭示岩体在不同的条件之下，演变的全过程，是建立岩体变形、破坏模式很重要的依据。本文对茨哈峡水电站2#变形体的稳定性评价就充分利用了以上理论。3.2边坡的等级划分11根据边坡的等级划分标准，本文的边坡是一级边坡，根据运用条件其稳定性系数不小于1.25.3.3岩质边坡稳定的主要影响因素（1）岩层倾角岩层倾角对岩质边坡有比较大的影响,尤其是顺层岩质边坡的稳定性及其变形破坏形式与岩层倾角有重要关系。当软弱夹层在岩层之间时,滑动破坏很容易沿软弱夹层形成。一般而言，当岩层倾角较缓时,变形岩体的下滑力也就比较小。大多数岩质边坡具有普通边坡变形破坏的特征。本文分析的岩质边坡是一个典型的顺层岩质边坡，倾角比较大，沿着岩层层面已经发生了滑移，很明显倾角对该变形体的变形有很重要的影响。（2）地层岩性不同的岩体，其力学性质和变形性能存在较大差别,因而对形的成边坡的稳定性也不一样。一般情况下,坚硬岩石可以形成成高陡的边坡,由于岩性强度比较大整体稳定性也就比较好,所以不容易发生大规模的破坏，然而软弱岩石很难形成高边坡,岩性本身对其稳定性不是有利因素,因而容易发生变形破坏造成滑坡、崩塌等灾害。譬如泥岩、页岩等软质岩类,较容易发生边坡变形破坏。而像砂岩、石灰岩、花岗岩等岩性较强的岩体边坡不容易发生变性破坏,本文2#变形体是薄层板岩和中厚层板岩，有少量砂岩夹层。可见岩性强度不大，而且已经发生了变形，这和岩性也有重要关系。（3）结构面岩体中一般都含有不同种类的结构面,例如断层、节理、夹层等，这些软弱的结构面会把岩体分割不连续体的部分。正是因为软弱结构面的存在才造成了，岩体在物理力学性质的不连续性,造成岩体的强度减小，岩性变软。本文是对顺层岩质边坡的稳定性进行计算评价的，顺层岩质边坡稳定的结构面影响因素比较多，如结构面的倾向、结构面的表面形态、结构面的倾向、结构面的连续性、结构面的走向、结构面的组数和数量、结构面的充填特征等。本文次哈峡2#变形体的潜在滑面已经很比较明显，变形体分区也很简单，进行稳定性评价时可以不考虑结构面的影响，在此就不详细介绍，但结构面对造成该变形体目前的状态是有很重要的影响的。潜在滑面就是结构面中的层面，它的参数对计算稳定性系数非常重要。（4）水的影响水对岩质边坡稳定性的影响是很大的，大量工程实例可以看出,大多数边坡岩体的变形破坏都与水的因素有一定关。在降雨多时,滑坡事故一般发生的也就比较多。不需多言，这就足以说明水是至关重要的因素了。水这个因素对岩质边坡稳定性的影响，主要是在坡体内赋存的水和降雨这两种水对岩质边坡的影响,水可以降低岩体的强度，使岩体的内摩擦角和粘聚力都会减小，另一方面增大了边坡体自身重量,而且会产生孔隙水压力和水动力。这样的情况下,岩体的抗滑力就会减小,下滑力增加，因而稳定性自然降低。本文茨哈下2#变形体处于西北地区，坡体内部天然状态下没有水的作用，而西北地区平常降雨也比较少，因而平常降雨对该变形体稳定性的影响也不大，主要考虑极端情况的强降雨对该变形体的稳定性的影响。（5）地震的影响地震是边坡变性破坏一个重要因素，当地震发生时往往会引发滑坡、崩塌等地质灾害。地震时水平地震力使得潜在滑体对滑面的法向压力减小，同时会增加坡体的下滑力，因而容易发生破坏。2#变形体要重点考虑地震对其稳定性的影响13。还有一些其他因素会对岩质边坡稳定性产生影响，例如边坡开挖、爆破震动、风化作用、时间效应等，对本文要评价的2#变形体稳定性影响不大，在此不考虑。综上可以看出对岩质边坡稳定性的影响因素很多，需要根据实际情况综合分析，本文就茨哈峡水电站2#变形体的稳定性评价涉及到的因素下文第四章会进行详细的分析，主要是降水和地震两个因素影响比较大。3.4岩质边坡的主要破坏模式 岩质边坡有多种破坏模式，尤其是顺层岩质边坡属于岩质边坡中容易破坏的一种，其破坏模式有滑移-拉裂、蠕滑-拉裂、塑流-拉裂、滑移-压致拉裂、滑移-弯曲8、倾倒破坏、以及复合式变形破坏等类型10。这些破坏模式都很常见，本文不做详细介绍，只对茨哈峡2#变形体的破坏模式进行分析介绍，它是滑移-弯曲的变形模式，第五章会进行详细分析说明。在此只对滑移-弯曲进行解释说明，滑移-弯曲破坏主要发生育在中-陡倾外层状边坡中，尤其是薄层状岩体中较为常见。当上覆岩体具备沿潜在滑移面滑动条件时，而滑移面未临空，使下滑受阻，造成应力集中区承受纵向压力，在一定条件发生弯曲变形。可见滑移-弯曲体的上部沿层面下滑，挤压下部岩体使之挠曲，并形成一潜在滑动面，弯曲最强烈的部位，往往是潜在滑移面转缓部位。3.5变形体与滑坡的区别变形体是指斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩体，或已查明处于进展性变形的岩体，但是变形体没有形成贯通的滑动面，只是自身已经发生变形，有发生滑动的可能和趋势。滑坡与变形体的区别就在于，其是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。俗称“走山”、“垮山”、等10。滑坡是斜坡岩土体沿着惯通的剪切破坏面所发生的滑移现象。可见变形体与滑坡相似之处是比较多，但也有明显的区别之处，变形体只是坡体发生了松动、拉裂、滑移等变形现象，而没有形成贯通的滑动面。滑坡是变形体已经形成了贯通的滑动面，并且沿该面已经发生了滑动。变形体是形成滑坡的前提，而所有滑坡也曾是变形体，两者都是重要的工程地质问题，需要防范和分析研究。第四章 茨哈峡水电站2号变形体的工程地质特征研究4.1工程地质特征2#变形体在坝基下游约300处，黄河右岸，变形体底部临近水面高出约40m。变形体所在右岸的山体较为陡峭，有些地方坡度大于60，表面植被不太发育，表层处于弱风化。该边坡已经发生变形，工程地质特征就包含其变性破坏特征。变形体平面形态呈“铲”型，上窄下宽，形状规整且基本对称。前缘宽243m、中部宽164m、后缘宽137m。平均（真）厚度约16m，分布面积4.1万m2，估算方量66万m3（图41）。图4-1 变形体总貌 变形体前缘高程27902792m，高出平水期河水面40多米。后缘为缓倾斜坡，坡度约2430，高程29102930m。变形上游边界基本以冲沟为界，下游边界不甚清楚，基本以斜坡表面小型切沟、冲沟为界3。从斜坡前缘至高程2895m，斜坡坡度较大，平均坡度4045。自2895m至变形体后缘，斜坡坡度变缓，平均坡度约27（图4-1）。 变形体浅表部，岩体发生了明显的弯曲变形，导致岩体破碎、松散。靠上游边界的前缘部位，已发生过挤压垮塌。变形体部分与下部完整基岩在前缘界限清楚，受上部变形体的挤压，下部基岩局部被压垮（图4-2）。 变形体后缘缓坡上主要发育有四条张裂缝，并有次级裂缝伴生（图4-3），最长121m，宽在1m到2m之间，倾向岸外，顺坡向呈弧形延伸、拉裂并有明显错坎（达0.51m）。后缘地形呈明显台阶式下错，共有23级小型错台。根据变形体上的勘探平硐PD102揭露结果，变形体在下游边界处的水平变形深度为43m，由于此处岸坡凹进，因此变形体主体部分的水平变形深度应大于此深度。从岸坡水平向里至43m，岩体弯曲变形强烈，一般弯曲变形后的岩层呈近水平状，略倾向坡内，岩层倾角1030，局部地段松动、破碎严重。 表4-1是PD102平硐中不同水平深度内的岩体变形特征，图4-5图4-7是平硐内岩层特征素描图，能清晰反映出岩体的变化特征。 图4-2 变形体前缘的垮塌破坏 图4-3 变形体后缘拉裂缝表4-1 PD102岩体变形特征水平硐深（mm）岩体变形特征05.5薄层板岩，产状13030，倾内，挤压较紧密，岩体破碎5.57.3中厚层夹薄层板岩，产状15046。7.314该硐段两壁岩体破碎，无法测定岩层产状，为板岩梁折断部分以上岩体。1418硐壁上部岩体被折断、压碎，下部岩体倾倒严重，倾角较缓，岩体产状1301702530。1834.5岩层扭曲变形，总体产状24235，极薄层，局部产状凌乱，规律性差。34.536弯曲折断变形明显，其中硐壁上部岩层倾倒，倾内，产状13063，硐壁下部岩层产状正常，倾向硐外，产状33060，在硐壁中部岩层产生弯曲、折断。3643硐壁上部岩体总体呈水平扭曲状，混乱、破碎，推挤变形明显，下部岩体正常，两者之间可见明显的折断面。4383板岩与砂岩互层，岩体完整，产状3103227587，层间挤压断裂不甚发育，且断层带挤压紧密。图4-4 平硐1418m段硐壁岩体变形特征 图4-5 平硐素描图 图4-6平硐素描图 从表4-1及素描图中的岩层变形特征可以看出，目前变形体主要以后部滑移前部弯曲变形及根部部分折断为主，又从坡体后缘的拉裂缝的发展情况及前缘的弯曲挤压而造成的破碎情况可以看出，目前该变形体仍处在变形的发展过程之中，而改变形体的变形模式为典型的溃屈现象。茨哈峡水电站PD102平硐岩体弹性波测试综合成果图图4-7根据茨哈峡水电站PD102平硐岩体弹性波测试综合成果图，可以进一步对该变形体岩体破碎情况进行了解，对该变形体的变形情况，变形体稳定性计算时材料的分区，破碎带边界的划分，材料参数的选取，潜在滑动面的推断，都具有指导意义，是对该变形体稳定性评价的一个重要的依据资料。4.2边坡变形破坏机理分析变形体上有一个平硐，和四个钻孔点，而且变形体后缘有四条明显的拉裂缝，变形体前部前缘处已经发生破坏变形，有明显的破碎、掉块、崩塌等现象。再根据平硐和钻探资料，得出岩石的破坏和移动方向，而可以推测出变形体的原因和机理。根据该变形体的勘查资料，可以推断出该边坡的潜在滑移面，从而逆向分析该变形体的破坏机理。变形体后缘滑移面沿着板岩层向发育，产生破碎带，倾角和边坡的坡度几近相同，岩体已经断开产生拉裂缝，滑移带中部岩层倾角开始减小，岩层发生弯曲破坏，大部分还没有完全断开，而变形体前部滑移带，几近水平，有明显的压实破碎现象。可见该变形体前部主要是在水平向应力作用下而发生的溃屈破坏现象16，整体是滑移-弯曲的破坏模式。对该变形体的基本特征及形成机制研究发现，该顺层斜坡岩体结构的完整性已经发生破坏。变形体上部虽然较风化，但整体结构比较完整，而后缘有拉裂缝，前缘有明显的松动破碎掉块现象，说明破坏主要在坡体内部。伴随表部岩体这些条件控制和影响该坡体的变形破坏特征，可知当岩体滑移发育时,坡体后缘岩体表现为拉裂、错动中上部卸荷张拉缝较发育等现象,且大多顺层理发育,而该变形体岩层倾角不太大，没有发生倾倒变形,该坡体后缘总体表现为以层面或岩层间软弱面的滑移、弯曲变形为主，产生明显的拉裂缝。再加上变形体中的岩层强度不均匀，而且发育了断层带,加剧了滑移变形的特征。 各种现象表明在现今状态下上述的滑移变形主要发生于变形体中上部,变形体中部破碎带下方岩体完整性较好,变形迹象不明显变形体前部主要是弯曲破坏。另外,根据现场调查结果，结合变形体的变形破坏特征尤其是区中上部发育的“前缘沿倾坡体表面的溃屈16、后缘沿层面滑移的破坏”分析,此过程即为变形体的实体演化模型。在坡体长期受自重以及坡体前缘河谷侵蚀作用下,坡体前缘岩体坡脚临空,则导致坡体溃屈破碎带横向移动加剧。该变形体下侧的变形不大的厚层岩层面即为坡体沿该面滑动的潜在滑面。受地层岩性控制变形体范围内，岩性上部以薄层状板岩为主,下部以加有砂岩的中厚层板岩为主。在中厚层状板岩分布的稍平坦坡段浅表层,平直的层理结构面较发育,贯通性较好,在重力作用下岩体沿前端结构面产生滑移变形逐渐发生拉裂,沿前端不连续倾结构面产生剪应力集中随滑移和弯曲的继续发展,倾剪切面上的应力积累将使这部分岩体进入累进性破坏阶段,并最终沿该面剪断锁固岩体,整体发生突发性的脆性破坏,坡体有向“滑移一弯曲”型滑坡转变的可能。结合变形体范围内的地形地貌特征、岩性分布状态及断裂构造特征,变形体整体变形的机制分析根据前面的分析,“变形体所在的右岸坡体为顺层斜坡,岩层倾角较陡。总体而言,该区倾角大于岸坡坡角,构成岸坡的主要岩性为中厚层夹薄层状板岩,岩体风化、卸荷强烈,坡体前缘临空条件好,岩体内顺层挤压带、层间夹层较发育。通过上述对“变形体的地质环境条件和地质变形现象的描述和分析,可以将其总体的地质环境条件总结为在强卸荷风化作用下,由中厚状板岩夹中薄层板岩互层组成的中陡倾外的顺层边坡。滑移变形由后往前发生，第一条拉裂缝为最长也是最早发生的，当拉裂缝产生后，垂直应力向边坡前部转移，随着边坡前部拉裂缝逐渐产生，应力逐渐向边坡前部汇聚，沿着岩层倾角方向，应力传递更容易，而岩层也更容易发生滑移。随着岩层破坏变形，破碎压密，倾角逐渐变缓。在这个变形体中，应力在边坡中前部汇聚最集中，在变形体底部应力集中非常大，而破碎带底部基岩又非常坚硬，使垂向应力逐渐转变为水平方，从而使变形体前部岩层应力增加，逐渐发生破坏，而变形体前部一面凌空又较风化，岩体强度比较小，更加剧了岩体的破坏，从而形成贯通的潜在滑动面。该变形体是由滑移、弯曲从而形成的溃屈破坏，这是本人对2#号变形体变形机理的成因分析。如下所示为该变形体的照片图4-8、图4-9，可以更直观的反应该变形体的变形特征，佐证对该变形体变形机制的分析，使对该变形体的变形原理更容易理解。图4-8变形体前部图4-9变形体内部岩层状况4.3变形体几何边界条件及物理力学参数取值由变形体的变形破坏特征及其机理可知，其最终破坏方式为滑移弯曲形成的滑坡，其潜在滑移面就是岩体弯曲折断的界面，大体上成弧形，由此根据变形体后缘拉裂缝的位置、勘探平硐揭露的分界面以及前缘蠕滑剪出口即可准确地确定变形体的潜在滑面形态，如图4-10所示。图4-10变形体潜在滑面 由于变形体后缘主要发育4条拉裂缝，上述模型的建立以最后一条拉裂缝为后缘破裂点，变形体中部的水平变形深度，按照勘探平硐102揭露的深度（43m）并结合剖面线地形上与平硐所在位置的差异，其水平深度按67米考虑。前缘剪出位置按实际剖面上所在的位置考虑。由于变形体潜在滑移面为板岩弯曲折断面，因此，潜在滑面的物质组成起初主要应由折断的板岩碎块、岩屑等组成（PD102），且局部地段可能尚未完全折断贯通。根据变形体的变形特征，目前滑移面已基本形成。因此在对潜在滑面的物理力学参数选取时，主要参照碎石土的经验取值，考虑坡体中局部地段可能尚未完全贯通，但局部地段层间挤压破碎带又会产生局部夹泥，因此计算时对类比值进行了综合考虑。根据以上原则，潜在滑面参数的取值按表4-2执行。表4-2 潜在滑面切层段的力学参数取值参考表天然条件饱水条件降雨条件fC(Mpa)fC(Mpa)fC(Mpa)0.670.100.540.060.600.08