發(fā)布時間：2020-11-12 09:55

　　 擬建松塔水電站位于青藏高原東南緣怒江上游干流河段，設(shè)計壩型為混凝土雙曲拱壩，最大壩高318m，裝機容量3600MW，建成之后將成為世界上最高的拱壩。自第四紀更新世以來，伴隨著青藏高原的快速隆升，工程區(qū)構(gòu)造活動劇烈，河谷下切能力增強，形成了典型的高山峽谷地貌。壩區(qū)出露巖性主要為燕山期黑云二長花崗巖。受內(nèi)外動力地質(zhì)作用的影響，巖體內(nèi)發(fā)育有大量的裂隙，使得巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。超高的壩體高度對壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了更高的要求。在大型水利水電工程中，復(fù)雜的巖體結(jié)構(gòu)被認為是控制大壩構(gòu)筑物穩(wěn)定性的主要因素。因此，對松塔水電站壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)特征展開研究，對整個工程的可行性、安全性及經(jīng)濟性而言具有重要的意義。 本文以松塔水電站工程為依托，以“巖體結(jié)構(gòu)控制論”為基本思想，在從壩區(qū)中低高程33個勘測平硐中獲取的大量裂隙數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從不同角度對巖體結(jié)構(gòu)特征及其評價方法進行研究。論文主要研究內(nèi)容及成果如下： 1.以詳實的結(jié)構(gòu)面調(diào)查資料為基礎(chǔ)，對壩址區(qū)結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)特性進行分析，研究結(jié)構(gòu)面空間分布規(guī)律，獲得壩區(qū)結(jié)構(gòu)面基本特征：（1）壩區(qū)左、右岸陡傾角裂隙均以NE-NEE走向為主，兩岸中緩傾角裂隙走向基本一致，大致與岸坡走向平行，但傾向相反，均傾向坡外；（2）兩岸裂隙張開度具有相同的分布特征，大多數(shù)裂隙處于閉合狀態(tài)，閉合型裂隙占裂隙總數(shù)的70%以上，只有極少數(shù)裂隙的張開度大于10mm；（3）兩岸巖體中裂隙的延續(xù)性情況總體分布趨勢一致，均以低延續(xù)性為主，其次為很低延續(xù)性；（4）兩岸巖體裂隙粗糙度類型均以波狀粗糙為主，其次為平直粗糙和波狀稍糙；（5）裂隙地下水類型表現(xiàn)為由干燥到股狀流水依次減少，兩岸地下水狀況基本一致；（6）工程場區(qū)內(nèi)以無充填裂隙所占比例為最多，其次為泥質(zhì)物；（7）裂隙風(fēng)化與蝕變特征表現(xiàn)為右岸裂隙以輕微褪色為主，左岸裂隙以輕微和中度褪色為主；（8）總體來看，左岸裂隙間距稍大于右岸裂隙間距，壩區(qū)發(fā)育占優(yōu)勢的裂隙組（NNW-SN組、NNE組和NE-NEE組）所對應(yīng)的平均間距明顯小于發(fā)育不占優(yōu)勢的裂隙組間距。 2.對巖體結(jié)構(gòu)評價的關(guān)鍵問題展開研究。對巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)進行研究，首先以裂隙產(chǎn)狀作為切入點，采用非參數(shù)檢驗統(tǒng)計學(xué)方法，論文提出一種基于裂隙產(chǎn)狀的巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分方法；在單參數(shù)巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，充分考慮裂隙的多個參數(shù)（包括裂隙產(chǎn)狀、跡長、出露端點類型、張開、粗糙度、充填物類型、間距、地下水狀況和風(fēng)化與蝕變程度等9個參數(shù)），提出多參數(shù)巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)的劃分方法。此外，研究結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢分組中距離測度的選取和聚類中心的計算等關(guān)鍵問題，并提出基于全局最優(yōu)的結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢分組新方法，即粒子群優(yōu)化K均值聚類算法。 3.在對巖體結(jié)構(gòu)特征進行描述的基礎(chǔ)上，通過概率論與數(shù)理統(tǒng)計、隨機數(shù)學(xué)方法以及蒙特卡羅模擬，利用平硐中獲取的二維結(jié)構(gòu)面信息，構(gòu)建巖體復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)三維模型，通過可視化操作實現(xiàn)復(fù)雜裂隙之間相互交切關(guān)系的直觀認知。 4.基于三維網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)，研究巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的三維連通性計算方法，探討結(jié)構(gòu)面參數(shù)對連通性的影響；基于連通性，分析巖體結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)和空間效應(yīng)，并對巖體結(jié)構(gòu)表征單元體展開研究。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TV223
【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 選題依據(jù)及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分
        1.2.2 巖體結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢分組
        1.2.3 巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)應(yīng)用
        1.2.4 巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)連通性
    1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
    1.4 論文的主要創(chuàng)新點
第2章 研究區(qū)工程地質(zhì)背景
    2.1 工程概況
    2.2 地形地貌
    2.3 地層巖性
    2.4 地質(zhì)構(gòu)造
    2.5 區(qū)域地殼隆升特征
        2.5.1 青藏高原隆升背景
        2.5.2 青藏高原隆升與怒江河谷形成
    2.6 水文地質(zhì)條件
第3章 壩區(qū)結(jié)構(gòu)面調(diào)查及其總體發(fā)育特征
    3.1 壩區(qū)結(jié)構(gòu)面分級
        3.1.1 壩區(qū)結(jié)構(gòu)面的主要類型
        3.1.2 壩區(qū)結(jié)構(gòu)面分級
V 級結(jié)構(gòu)面描述及調(diào)查方法'>    3.2 IV^V 級結(jié)構(gòu)面描述及調(diào)查方法
V 級結(jié)構(gòu)面描述指標(biāo)'>        3.2.1 IV^V 級結(jié)構(gòu)面描述指標(biāo)
V 級結(jié)構(gòu)面調(diào)查方法'>        3.2.2 IV^V 級結(jié)構(gòu)面調(diào)查方法
    3.3 壩區(qū)結(jié)構(gòu)面的總體發(fā)育特征
        3.3.1 產(chǎn)狀分析
        3.3.2 張開度分析
        3.3.3 延續(xù)性分析
        3.3.4 粗糙度分析
        3.3.5 地下水狀況
        3.3.6 充填物分析
        3.3.7 風(fēng)化與蝕變分析
        3.3.8 間距分析
    3.4 巖體結(jié)構(gòu)特征與青藏高原快速隆升地質(zhì)背景的關(guān)聯(lián)性分析
        3.4.1 河谷應(yīng)力場的基本特征及破裂面基本類型
        3.4.2 壩區(qū)表生改造型中緩傾角裂隙典型現(xiàn)象
        3.4.3 表生改造型中緩傾角裂隙的空間分布特征
        3.4.5 壩區(qū)表生改造型中緩傾角裂隙成因初探
    3.5 小結(jié)
第4章 巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分
    4.1 基于裂隙產(chǎn)狀的巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分
        4.1.1 裂隙產(chǎn)狀數(shù)據(jù)處理
        4.1.2 非參數(shù)檢驗
        4.1.3 單參數(shù)巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分
    4.2 多參數(shù)巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分
        4.2.1 參數(shù)處理
        4.2.2 相關(guān)系數(shù)法
        4.2.3 層次分析法（AHP）
        4.2.4 多參數(shù)巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計均質(zhì)區(qū)劃分
第5章 巖體結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢分組方法研究
    5.1 產(chǎn)狀數(shù)據(jù)的表征方法
    5.2 K-均值聚類算法
        5.2.1 K-均值方法
        5.2.2 距離函數(shù)的選擇與聚類中心的計算
    5.3 粒子群算法（PSO）
    5.4 粒子群優(yōu)化 K-均值聚類算法（KPSO）
    5.5 基于 KPSO 算法的巖體結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢分組
        5.5.1 模擬數(shù)據(jù)的分組
        5.5.2 野外實測數(shù)據(jù)的分組
第6章 巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)連通性計算
    6.1 巖體結(jié)構(gòu)三維網(wǎng)絡(luò)模擬
    6.2 三維連通性計算方法
    6.3 巖體三維連通性分析
        6.3.1 裂隙產(chǎn)狀對連通性的影響
        6.3.2 裂隙尺寸對連通性的影響
    6.4 巖體三維連通性參數(shù)的尺寸效應(yīng)和空間效應(yīng)
第7章 結(jié)論與建議
    7.1 結(jié)論
    7.2 建議
參考文獻
作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2880602