白鹤滩水库诱发地震活动性特征浅析

1 研究背景 白鹤滩水电站是迄今为止我国最大水电站,其位于四川省宁南县和云南省巧家县境内,是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级水电站,具有以发电为主,兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益.2021年4月,白鹤滩水库开始蓄水,正常蓄水最高水位可达825 m;2021年5月31日,白鹤滩水电站入选世界前12大水电站;2021年6月28日,白鹤滩水电站正式投产发电.     

白鹤滩水电站左岸坝肩开挖边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸坝基边坡地质构造错综复杂,坡内多条陡倾断层和顺坡向错动带是控制边坡稳定性的主要因素。结合现场地质资料、监测数据及勘察认识,利用通用离散元软件UDEC建立左岸边坡开挖变形分析模型。首先在无支护开挖工况下研究主要结构面F17、LS331、LS3319上下盘岩体关键点应力及位移变化,并指出潜在失稳破坏区;同时采用预应力锚索单元在不同施工时序下对潜在不稳定块体进行加固计算,对比研究了不同方案下左岸边坡的变形破坏机制和整体稳定性。计算结果和现场监测表明：左岸边坡变形破坏与结构面密切相关,在开挖卸荷作用下主要表现为沿错动带的压剪破坏和陡倾断层的张拉破坏,采用预应力锚索加固处理能够有效提高边坡稳定性,并且在开挖后及时跟进支护可以有效抑制边坡剪切变形。研究结果对白鹤滩左岸坝基边坡后续工程加固和施工工序具有一定的参考价值。     

金沙江白鹤滩水电站坝址区断层变形特点及成因分析

拟建中的白鹤滩水电站坝基将建在二叠系峨眉山组玄武岩层之上.坝址区发育有位移量较小的NW300°、NW320°、NE40°和近SN向4组断层,其中NW300°断层最为发育.在野外详细调查的基础上,室内的显微构造研究和电子自旋共振(简称ESR)测年结果表明,坝址区内的断层是在燕山期晚期近东西向挤压应力场作用下形成,后期又受到了近南北向挤压应力场的改造.断层破碎带以发育典型碎裂-角砾岩等浅层脆性构造岩为特点,近期活动不明显.     

基于RFPA3D和微震监测的白鹤滩水电站左岸边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸边坡受缓倾角软弱面及NW向断层影响,施工、运行期的边坡稳定性问题尤为重要。为研究左岸边坡在开挖卸荷过程中应力场、位移场分布规律,揭示岩体内部破坏失稳机制,利用RFPA3D（realistic failure process analysis）软件以拱轴线剖面为例建立准三维数值模型,再现坝基边坡岩体裂隙萌生、发育、扩展直至贯通的渐进损伤破坏过程。结合左岸边坡开挖卸荷及应力调整过程中的微震活动演化特征,圈定工程边坡潜在危险区域,探讨可能的失稳破坏模式。分析表明：基于离心加载法计算得到工程边坡开挖后安全系数为1.33;边坡表层区域受缓倾角错动带控制,变形破坏最为明显,以小范围楔形体滑移为主。该研究结果可为白鹤滩水电站坝基边坡后期施工提供依据,对于类似岩质边坡工程施工具有一定的指导作用。     

白鹤滩水库蓄水前后邻区地震活动与应力场变化特征

水库诱发地震是水利水电工程和区域构造稳定性研究的重要内容.白鹤滩水库位于金沙江下游河段,地处小江断裂、则木河断裂和大凉山断裂等多条大型断裂交汇区域,属于地震高烈度区.2021年4月6日白鹤滩水库开始蓄水,本文利用小江断裂带中北段巧家台阵2020年1月—2021年12月地震记录,确定了水库邻区11477个地震事件,采用广义极性振幅技术反演获得了1.5级以上地震震源机制解654个.对水库蓄水前后地震活动和震源机制解分布特征的分析表明：整体而言研究区地震活动时序与水库水位密切相关,水位抬升时地震活动增强,水位维持不变或回落时,地震活动减弱,白鹤滩水库蓄水约6个月后,地震数量基本恢复至蓄水前平均水平.沿水域线附近主断裂带区域,蓄水后地震活动显著增强,数量和震级增大,深度减小,蓄水前地震类型以走滑为主,蓄水后以正断层为主;主断裂带以外以及距离水域线较远的某些区域,蓄水后地震活动受到抑制.基于震源机制解,采用区域应力场阻尼反演方法计算获取了研究区应力场时空分布,结果显示主拉应力轴方向稳定,随时间波动很小,主压应力轴方向随时间波动较大,尤其位于大坝附近的主断裂带交汇区域,蓄水前应力场为走滑型,蓄水后应力场变为正断型.这些结果揭示了水库诱发地震活动和应力场改变的更多细节特征,可进一步为水库诱发地震危险性评估提供重要参考.

     

白鹤滩库区蓄水前活动性滑坡InSAR早期识别研究——以葫芦口镇至象鼻岭段为例

白鹤滩水电站为我国仅次于三峡水电站的第二大水电站,库区葫芦口—象鼻岭库岸段居民点较多,库岸稳定问题是关注的重点。由于该库段受地形地貌、构造作用、复杂地层等影响,蓄水前可能存在现今正在发生微小变形且高位隐蔽的活动性滑坡,水库蓄水和运行期间,可能会进一步加剧此类滑坡变形,严重威胁周边居民生命财产安全,因此,蓄水前对该库段活动性滑坡进行有效识别与分析具有重要意义。本研究利用Sentinel-1A升降轨和ALOS-1升轨卫星,基于地形可视性的SBAS-InSAR(Small Baseline Subset-InSAR)技术对该重点库段的活动性滑坡进行了有效识别,共识别出27处活动性滑坡,野外验证最终确定23处,其中12处坡脚涉及蓄水位线。统计发现研究区活动性滑坡在10°～40°,坡向为东北、西北方向以及相对高差小于500 m条件下发育最多,大部分受断层控制,不受断层控制的滑坡灾害所处岩层强度较低。其研究成果有利于水库运行期间滑坡的预防与预警,整体技术流程与识别分析方法也可为今后复杂地形下的区域活动性滑坡识别与分析提供重要的参考依据。     

白鹤滩水电站施工期谷幅变形监测分析

我国已建成的特高拱坝如溪洛渡、锦屏一级等,在初期蓄水过程中均表现出了谷幅收缩的异常现象,然而均没有对开挖卸荷期间谷幅变形情况进行观测研究。通过对白鹤滩水电站开挖期间谷幅变形监测进行分析,为同类型高拱坝变形监测提供相关参考依据,同时为后续蓄水初期谷幅变形监测分析提供相关基础保障。     

白鹤滩河谷演化模拟及P2β3玄武岩级别评估

详细分析了白鹤滩坝址河谷边坡柱状节理玄武岩岩体地质条件和特征,建立了合适河谷边坡演化离散元的计算模型,考虑坝址关键地层P2?3可能的岩体质量范围进行了多种工况河谷演化模拟计算。在此基础上深入研究了各工况河谷现今阶段边坡应力分布、变形情况、屈服区及稳定系数等基本规律,并与目前河谷实际的地质条件及现状进行了全面对比。最后采用拟似度信息量评分法对P2?3岩层工程级别进行了初步评定,认为白鹤滩水电站可行性研究阶段坝址P2?3岩层按III1类质量岩体来评估其工程性状和确定相应岩体力学参数较适合。同时,坝址河谷边坡岩体的工程特性可参考相应工况的模拟结果评价。     

三维复杂块体系统边坡深层加固条件下稳定性及破坏机制模型试验研究

白鹤滩水电站左岸为强卸荷岩体三维复杂块体系统高边坡,采用三维地质力学模型试验,进行了边坡变形特性、失稳破坏过程、破坏机制、边坡稳定性及加固处理效果研究。模型试验表明,边坡失稳模式为块体滑动破坏,破坏形态表现为底滑面的剪切破坏和后缘结构面的拉裂破坏以及块体沿底滑面和侧滑面的滑动。边坡破坏过程为模型结构面初裂、结构面组合块体边界贯通、最终至边坡整体失稳3个阶段。采用地质力学模型试验综合法获得了左岸块体系统边坡整体稳定安全系数,典型块体稳定安全系数与三维刚体法及块体单元法(BEM)计算成果对比基本一致,模型试验综合法安全系数相对较大。同时,针对层内错动带LS_(337)界面部位相对变位监测表明,深层混凝土置换洞加固有效地控制了底滑面的滑动变形,提高了相关结构面组合块体的稳定性,边坡加固效果较为明显。研究成果对白鹤滩工程左岸强卸荷区三维复杂块体系统边坡及类似工程边坡稳定性及加固处理具有重要的指导意义。     

柱状节理开挖模拟洞数值原位试验

在西南水电大开发中,柱状节理岩体的工程力学性质逐渐受到水利工程的重视。白鹤滩水电站坝基揭露的柱状节理玄武岩体,RQD值普遍较低,完整性较差,其变形模量等力学指标相对较低,表现出显著的各向异性特征,对拱坝变形、坝肩稳定、边坡稳定、地下洞室群围岩稳定有重要影响,已成为该水电工程的关键技术问题之一。针对国内外对柱状节理岩体的研究及相关工程的经验甚少,白鹤滩水电站拟开展的大尺度柱状节理玄武岩试验洞,目的是获得反映柱状节理玄武岩力学特性的第一手观测资料。介绍了白鹤滩柱状节理的地质成因和工程特性及柱状节理试验洞的设计布置,探讨了原位试验和数值试验结合的分析方法,并采用各向异性本构模拟了试验洞开挖和原位试验,对不同位置试验点的代表性进行了评价。