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基于FLAC3D的某水电站岩体倾倒变形过程数值模拟研究.pdf
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1、云南水力发电YUNNAN WATER POWER49第 40卷第 2期0 引言我国澜沧江干流河谷下切作用强烈,是典型的高山峡谷地貌,某水电站库区地质构造活动多发,岩层较为陡立,在工程建设中发现了大量的岩体倾倒变形现象,在整个河段中较为典型。多数倾倒体结构破碎,节理裂隙发育,它受到多重因素的影响。澜沧江对山体的下切和两岸深大冲沟的切割给坡体提供了良好的临空条件,库区岩体砂岩、板岩居多,互层状构造使得岩层间容易产生变形,陡立的倾角使岩层在自重应力和卸荷应力的作用下发生较大的弯曲,地应力的基于 FLAC3D 的某水电站岩体倾倒变形过程数值模拟研究郭翔1,蔡伟1,席文勇2,张勇2(1.山东国电投海鲁新
2、能源有限公司,山东济南250031;2.山东电力工程咨询院有限公司,山东 济南 250013)摘要:我国西南高山峡谷地区地质作用强烈,倾倒变形岩体广泛发育,基于拉格朗日有限差分法的 FLAC3D 软件可对岩体倾倒变形过程进行数值模拟研究。建立了流变模型对澜沧江上游某在建水电站的一处倾倒变形体进行了研究,结果表明,在岩体自重和卸荷应力的长久作用下,库区陡立岩层会朝向临空位置发生倾倒变形破坏。这是一个长期的流变破坏过程。倾倒变形仅发育在边坡的浅表层,深部的岩体未发生倾倒,浅表层底部的岩层弯曲最为强烈,这些部位的岩层将最先发生折断,若折断面贯通,极有可能导致倾倒体整体垮塌滑动引发滑坡等灾害。在水电站
3、建设中要着重考虑对倾倒变形程度严重的坡体进行支护,防止发生大规模的失稳破坏。关键词:倾倒变形;数值模拟;FLAC3D;变形破坏中图分类号:TV223.2+1;TU457文献标识码:A文章编号:1006-3951(2024)02-0049-05DOI:10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.013Numerical Simulation Study on the Toppling Deformation Process of Rock Mass in a Hydropower Station Based on FLAC3DGUO Xiang1,CAI Wei1,XI W
4、enyong2,ZHANG Yong2(1.SPIC Shandong Hailu New Energy Co.,Ltd,Jinan 250031,China;2.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.,Ltd.,Jinan 250013,China)Abstract:The geological processes in the mountainous and canyon areas of southwestern China are strong,and the tilted and deformed ro
5、ck masses are widely developed.The FLAC3D software based on the Lagrangian finite difference method can conduct numerical simulation research on the process of rock mass toppling deformation.This article establishes a rheological model to study the toppling deformation of a hydropower station under
6、construction in the upper reaches of the Lancang River.The results indicate that under the long-term action of the self weight and unloading stress of the rock mass,the steep rock layers in the reservoir area will tilt and deform towards the vacant position.This is a long-term rheological failure pr
7、ocess.The tilting deformation only develops in the shallow surface of the slope,and the deep rock mass does not experience tilting.The rock layers at the bottom of the shallow layer bend the most strongly,and the rock layers in these areas will be the first to break.If the broken section is connecte
8、d,it is highly likely to cause the overall collapse and sliding of the toppling body,leading to disasters such as landslides.In the construction of hydropower stations,it is important to focus on supporting slopes with severe tilting deformation to prevent large-scale instability and damage.Keywords
9、:toppling deformation;numerical simulation;FLAC3D;deformation and failure收稿日期:2023-01-07作者简介:郭翔(1991-),男,山东临沂人,工程师,主要从事工程边坡稳定性评价与防治处理研究工作。*50云南水力发电2024 年第 2 期最大主应力方向和岩体走向近乎垂直,以及水对岩体的物理化学作用和力学作用等,进一步推动了岩体倾倒变形破坏的产生。正确认识倾倒变形岩体的发育过程,对于倾倒变形岩土的工程稳定性分析具有重要的意义1。通过 FLAC3D 软件,使用数值分析的方法,模拟原岩在多个特征因素作用下发生变形的过程。1
10、 岩体倾倒变形过程水电站库区边坡岩体结构条件复杂。岩体倾倒变形问题突出,变形影响范围较大,局部岸坡水平影响深度大于 50 m,高程越大倾倒的程度也越剧烈,将会给工程岸坡稳定性带来不利影响。岩体的倾倒变形过程主要可分为以下 4 个阶段2。1)倾倒蠕变阶段:这一阶段属于倾倒变形的初期,由于岩层受到自重应力和卸荷应力的作用,驱动着岩层产生变形以适应新的平衡状态,这是岩层的初始蠕变过程,因而一般不产生宏观的张拉破裂,仅岩层自身发生弯曲,从力学性质来看,应属于塑性连续变形(如图 1 所示)。为显著的张剪破裂或倾滑位移,具有典型的切层发展特征,从力学性质来看,属于不连续脆性破裂5-7(如图 3 所示)。图
11、 1 倾倒蠕变型坡体图图 2 倾倒松弛型坡体图2)倾倒松弛阶段:随着库区岩体的进一步倾倒变形,沿着结构面的剪切作用逐渐加剧,致使层内张拉效应趋于明显,层间岩体承受着越来越大的张拉应力,当张拉应力逐渐地积累并超过岩层的抗拉强度,岩层之间将发生张拉破裂或者是沿着已有的结构面发生张拉变形3-4。这一阶段的岩层表现出宏观张拉破裂,从力学性质来看,仍然属于塑性连续变形(如图 2 所示)。3)倾倒松动阶段:库区岩体倾倒变形继续发展,达到弯曲-折断破裂阶段。此时,岩层弯曲的角度进一步增大,坡体的表面沿着层面产生的拉裂缝等节理裂隙面逐步延伸,岩层除了沿着层面发生张拉破裂和剪切滑移以外,也沿着节理裂隙面发生张性
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