俄米水电站某倾倒变形体应力场分析.docx

第50卷第10期2014年10月Vol.50,No.10

第50卷第10期2014年10月

Vol.50,No.10Oct.,2014

GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGY

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·设计与研究·

俄米水电站某倾倒变形体应力场分析

宋磊

(核工业西藏地质调查院，四川成都610081)

摘要：以西藏俄米水电站中坝址上游左岸变形体为研究对象，在天然、蓄水及“蓄水+地震”三种工况条件下，利用二维有限元模拟软件Phase对变形体应力场进行数值模拟，并作进一步分析研究。研究结果表明：变形体内存在应力集中与分异现象，不同工况对变形体应力变化影响较大，在水库蓄水和“蓄水+地震”作用下，变形体应力值较天然状态普遍都略有升高，尤其最大剪应力变化较大，在坡脚节理带和折断带交汇处、变形体上部折断带交汇区域均出现较为明显的应力集中和应力分异现象。

关键词：倾倒变形体；应力场；模拟软件Phase;俄米水电站

中图分类号：TV223.3+1文献标志码：A文章编号：2095-0144(2014)10-0030-04

在地壳形成及发展演变的漫长过程中，由于构造运动、地下水作用、地温等外在影响，改变了地质体内部初始应力场。尤其是河谷下切速度快，两岸山体陡峻，斜坡应力场变化表现尤其突出，严重影响两岸斜坡的稳定。

本文以发育于西藏俄米水电站中坝址上游左岸倾倒变形体为研究对象，在查明该变形体构造背景的基础上，在天然、蓄水以及“蓄水+地震”工况的条件下，对变形体的应力场进行了模拟分析。在受人为和自然因素的影响下，变形体斜坡应力场变化特征，对分析变形体的变形趋势和稳定性是很有必要的。限于篇幅，仅对倾倒变形体的Ⅱ区进行应力场模拟分析。

1工程概况

研究区地势总体呈西北高东南低，山脉沿NW-SE向展布，河谷呈基本对称的“V”字形，两岸山体高陡，中坝址上游附近，怒江河谷呈“Z”形，形成局部岸坡三面临空现象，见图1。

变形体其垂向分布范围1970~2516m,纵长约690m,宽约920m,面积约63.48万m2,平均厚度为50m,其方量约3174万m3。

地层岩性主要为变质砂岩夹千枚状板岩、产状NW330°~340°∠70°~80°。

斜坡上游侧F7断层通过，控制着变形体的上游边界；斜坡后侧F8断层通过，陡倾坡外，变形斜坡位于断层上盘，F8断裂使变形斜坡的岩层产状发生变化，见图1。

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图1倾倒变形体工程地质平面图

2理论基础

采用弹塑性有限元分析方法，分别对变形体各区面在现今条件下其斜坡应力场分布规律进行计算。弹塑性有限元计算的屈服准则采用岩土工程上常用的莫尔-库仑准则，其表达式为：

f=al?+√J?-K=0

a=smP(3√3cosθ-3sinθsinφ)

K=C.cosθl(√3cosθ-sinθsinφ)

其中，L?为应力张量，J?为偏应力张量的第二不变量，C、φ分别为岩体内聚力和内摩擦角、f为屈服函

收稿日期：2014-10-18

作者简介：宋磊(1982-),男，安徽阜阳人，助理工程师，硕士，主要从事工程地质、岩土工程、水文地质勘察，E-mail:403428633@qqcom

第10期宋磊：俄米水电站某倾倒变形体应力场分析第50卷

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数(f≥0时岩体屈服),0为洛德角(lode)。

3模型建立及参数选取

3.1模型建立

根据钻孔、平洞编录、物探成果及地质调查等研究资料，将左岸倾倒变形体Ⅱ区Ⅱ-Ⅱ剖面复杂的地质原型概化为岩体力学数值模型(图2、3)。

模型单元类型：三角形等参常应变单元。模型工况：工况一：天然状态；工况二：蓄水状态(+2145m);工况三：地震+蓄水状态(+2145m)。考虑变形体所处的工程地质条件，选择天然、正常蓄水以及正常蓄水与地震的叠加共3种工况进行计算分析，地震加速度为0.122;模型分析容差为0.001。

图2天然状态有限元模型

图3蓄水状态有限元模型(左图：蓄水2145m;右图：“地震+蓄水”2145m)

本次模拟施加作用荷载处理方式：

(1)地震力：按拟静力法将地震力考虑为水平朝坡外方向的地震力。

(2)蓄水工况：采用对岩体参数进行折减实现，正常蓄水位为2145m,通过对水上水下岩体赋予不同的参数实现。

3.2参数选取

介质的物理力学参数一方面可以根据试验成果，另一方面可以根据变形体特征进行工程类