一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法技术

本发明专利技术公开了一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法，本发明专利技术建立考虑墙土相互作用的三维有限元模型，对哇沿水库防渗墙进行应力变形分析。同时，以深厚覆盖层底部隐伏断层为主要研究对象，分析其变形特性对防渗墙结构应力变形的影响，以便确定科学、合理的稳定和变形控制措施，确保工程安全运行并节约投资，为类似地质条件上建坝提供一定的参考作用。

【技术实现步骤摘要】
一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法
本专利技术属于地质研究
，具体地说，涉及一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法。
技术介绍
哇沿水库位于青海省海西蒙古族藏族自治州境东南部，地处柴达木盆地东南隅，位于都兰县察汗乌苏河的中下游河段上，其交通便利，109国道横贯全境，乡村道路与109国道相互贯通。察汗乌苏河流域内的行政区为都兰县的察汗乌苏镇，距省会西宁428km，北距海西州府德令哈市217km，西距格尔木市374km，“109”国道在城区穿过。哇沿水库是一个综合利用水库，其工程任务以灌溉和供水为主，兼顾改善河道内生态环境。工程主要建筑物由土石坝、垭口溢洪道、导流放水洞等组成。依据坝址的地形条件，主河床从左到右依次布置土石坝、导流放水洞和溢洪道。土坝采用粉质黏土心墙砂砾石坝，坝顶高程3402.6m，心墙底清基高程3372.2m，上游坝坡为1：2.25，下游坝坡为1:2.0，坝顶以上防浪墙高1.2m，最大坝高30.4m，坝顶长491.0m。粉质黏土心墙砂砾石坝从上游到下游共分为7个分区、主要有：Ⅰ区(坝体围堰结合区)、Ⅱ区(上游砂砾石坝壳)、Ⅲ区(心墙上下游反滤层)、Ⅳ区(粉质粘土心墙)、Ⅴ区(下游砂砾石坝壳)、Ⅵ区(排水棱体)。水库总库容为3337.9×104m3，属于Ⅲ等中型水库，主要建筑物为3级建筑物，大坝设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，相应的洪水流量为528m3/s和1123m3/s。水库死水位为3387.9m，相应的死库容为600×104m3；设计正常高水位为3397.0m，相应的库容为2035.0×104m3；汛期限制水位为3397.0m；50年一遇设计洪水位为3400.1m，相应的库容为2764.0×104m3；1000年一遇设计洪水位为3402.2m，相应的库容为3337.9×104m3。坝址区河谷呈“U”型，河谷宽430m左右，现代河床纵比降为7.5‰,河床地形平坦，河谷两侧发育有不对称的Ⅰ、Ⅱ级阶地，一级阶地阶面高出河漫滩1～2m，二级阶地高出一级阶地4～8m，阶地呈条带状分布于河床两岸。在坝轴线处左岸Ⅰ级阶地宽约30m，Ⅱ级阶地宽约70m，坝轴线处右岸阶地不发育。河谷两岸为中山，山体陡峻，左岸山顶高程3482m，地形坡度60°～80°，右岸山顶高程3425m，地形坡度70°～80°，局部呈倒坡。坝址区基岩岩性主要为三叠系安山岩(α51)和印支期花岗岩(γ51)。三叠系安山岩呈暗绿色，以长石、辉石为主，为坚硬岩石，在坝址区两岸大量出露。印支期花岗岩呈灰白色～肉红色，中粗粒结构，在坝址区出露较少，主要以岩脉的形式产出，左岸坝肩哑豁处有少量出露。坝址区松散覆盖层岩性主要有第四系冲积砾石层，其厚度为28.6～84.4m。崩积层在坝区主要分布于右岸坡脚处，其厚度变化较大，为1～8m，岩性为碎石土层，结构松散，部分具架空结构。根据地下水的含水介质，坝址区地下水分为两种类型：第四纪松散岩类孔隙潜水与基岩裂隙水。第四系孔隙潜水与河水的补排关系受地形影响较大，由于区内河谷呈宽窄相间的葫芦型，因此在河谷变窄处一般由地下水补给河水，而在河谷变宽处则由河水补给第四系孔隙潜水，孔隙潜水与河水水力联系较强。根据本次工作中探坑与钻孔内地下水位观测：坝址区河床地下水位与河水位在横向上变化并不是很大，多近水平。其横向上水力坡度小，分析其原因，可能是水位观测时值冬季枯水季节，河床砂砾石透水性强等因素造成。以哇沿水库为依托，该工程存在隐伏断层及深厚覆盖层等不利地质条件，对坝基防渗墙的受力变形存在严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法。该方法建立考虑墙土相互作用的三维有限元模型，对哇沿水库防渗墙进行应力变形分析。同时，以深厚覆盖层底部隐伏断层为主要研究对象，分析其变形特性对防渗墙结构应力变形的影响，以便确定科学、合理的稳定和变形控制措施，确保工程安全运行并节约投资，为类似地质条件上建坝提供一定的参考作用。其具体技术方案为：一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法，包括以下步骤：步骤1、根据工程实际地质情况及水工建筑物布置要求，进行考虑墙土接触的三维有限元模型的建立，采用深度为70m、80m及92m(插入断层内部)三种深度的防渗墙为研究对象，考虑坝体竣工期及运行期两种工况，对其应力状态进行分析，确定出不同防渗墙深度对其受力变形情况的影响，以充分了解防渗墙的工作性态，对工程防渗墙深度的选择提供参考。步骤2、以深厚覆盖层底部的隐伏断层为研究对象，对其弹性模量进行敏感性分析，同时逐渐增加防渗墙深度，以防渗墙受到的压应力值为控制指标，确定出不同断层弹性模量、不同防渗墙深度下坝基防渗墙的应力状态。在断层结构不利于工程的情况下，确定出合理的断层处置措施。步骤3、以深厚覆盖层底部的隐伏断层为研究对象，对其强度进行敏感性分析，同时逐渐增加防渗墙深度，以防渗墙受到的压应力值为控制指标，确定出不同断层强度、不同防渗墙深度下坝基防渗墙的应力状态。在断层结构不利于工程的情况下，确定出合理的断层处置措施。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术建立考虑墙土相互作用的三维有限元模型，对哇沿水库防渗墙进行应力变形分析。同时，以深厚覆盖层底部隐伏断层为主要研究对象，分析其变形特性对防渗墙结构应力变形的影响，以便确定科学、合理的稳定和变形控制措施，确保工程安全运行并节约投资，为类似地质条件上建坝提供一定的参考作用。附图说明图170m深防渗墙竣工期第一主应力等值线图(MPa)；图270m深防渗墙竣工期第三主应力等值线图(MPa)；图380m深防渗墙竣工期第一主应力等值线图(MPa)；图480m深防渗墙竣工期第三主应力等值线图(MPa)；图592m深防渗墙竣工期第一主应力等值线图(MPa)；图692m深防渗墙竣工期第三主应力等值线图(MPa)；图770m深防渗墙蓄水期第一主应力等值线图(MPa)；图870m深防渗墙蓄水期第三主应力等值线图(MPa)；图980m深防渗墙蓄水期第一主应力等值线图(MPa)；图1080m深防渗墙蓄水期第三主应力等值线图(MPa)；图1192m深防渗墙蓄水期第一主应力等值线图(MPa)；图1292m深防渗墙蓄水期第三主应力等值线图(MPa)；图13方案①防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图14方案②防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图15方案③防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图16方案④防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图17方案①防渗墙第一主应力等值线图；图18方案②防渗墙第一主应力等值线图；图19方案③防渗墙第一主应力等值线图；图20方案④防渗墙第一主应力等值线图；图21方案①防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图22方案②防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图23方案③防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图24方案④防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图25方案①防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图26方案②防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图27方案③防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图28方案④防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图29方案①防渗墙第一主应力等值线图(MPa)；图30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据工程实际地质情况及水工建筑物布置要求，进行考虑墙土接触的三维有限元模型的建立，采用深度为70m、80m及92m三种深度的防渗墙为研究对象，考虑坝体竣工期及运行期两种工况，对其应力状态进行分析，确定出不同防渗墙深度对其受力变形情况的影响，以充分了解防渗墙的工作性态，对工程防渗墙深度的选择提供参考；步骤2、以深厚覆盖层底部的隐伏断层为研究对象，对其弹性模量进行敏感性分析，同时逐渐增加防渗墙深度，以防渗墙受到的压应力值为控制指标，确定出不同断层弹性模量、不同防渗墙深度下坝基防渗墙的应力状态；在断层结构不利于工程的情况下，确定出合理的断层处置措施；步骤3、以深厚覆盖层底部的隐伏断层为研究对象，对其强度进行敏感性分析，同时逐渐增加防渗墙深度，以防渗墙受到的压应力值为控制指标，确定出不同断层强度、不同防渗墙深度下坝基防渗墙的应力状态；在断层结构不利于工程的情况下，确定出合理的断层处置措施。

【技术特征摘要】
1.一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据工程实际地质情况及水工建筑物布置要求，进行考虑墙土接触的三维有限元模型的建立，采用深度为70m、80m及92m三种深度的防渗墙为研究对象，考虑坝体竣工期及运行期两种工况，对其应力状态进行分析，确定出不同防渗墙深度对其受力变形情况的影响，以充分了解防渗墙的工作性态，对工程防渗墙深度的选择提供参考；步骤2、以深厚覆盖层底部的隐伏断层为研究对象，对其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙新建，潘文国，江浩源，王峰，周新杰，于腾，占其兵，赵亚伟，曹增强，孙超，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：青海,63