为加大我国水能资源的利用开发,以西部地区为重要的水能资源开发重心,高山峡谷区域复杂地质环境条件下修建大型水电站需要克服的岩质高边坡稳定性问题日益突出。如美水电站位于西藏自治区芒康县境内的澜沧江上游河段,如美水电站工程规模为一等大一型,挡水结构拟采用心墙堆石坝,河床高程2617m,拟建心墙堆石坝坝顶高程2902m,建基面高程2587m,最大坝高达315m。正常蓄水位为2895m,水电站装机容量为2100MW。左岸坝基开挖边坡高度约350m,坡度约50°,开挖坡面位于弱上卸荷带内。经过前期对坝址地区的详细调查表明,如美水电站坝址区地形陡峻、岩质坚硬、地表风化卸荷强烈和地应力复杂,左岸坝基边坡发育多长中缓倾外断层和长大裂隙及多条横河向断层,稳定性问题突出,因此,对左岸坝基自然边坡和开挖边坡稳定性的研究具有重大工程意义。在导师科研项目的支撑下,参与了中坝址区现场调查及室内整理等工作,在分析中坝址区工程地质条件的基础上,对坝基岩体风化卸荷特征进行了系统研究和分带,基于现场细致的调查资料分析了中坝址区岩体结构特征,结合定性和定量评价方法对坝基岩体结构特征和岩体质量进行了系统研究,基于工程地质类比和三维数值分析方法分析了坝基开挖边坡变形破坏特征及可能失稳模式,并对左岸边坡岩体稳定性进行了系统研究。主要获得如下认识:(1)沿左岸低线对中坝址区及向下游至5#沟之间地表地质特征进行了复核性调查:调整了花岗岩与英安岩的界限,调高到接近中线路高程,高程2840m左右;对中坝址区左岸Ⅲ级以及Ⅳ级结构面的特征进行总结分析,归纳出Ⅲ级结构面和Ⅳ级结构面发育特征;复核了中坝址区缓倾外断层和陡倾横河向断层发育及演化特征,其中也包括L72的空间延伸特征。(2)对中坝址区左岸Ⅴ级结构面分陡倾结构面和缓倾结构面的性状分别进行了统计分析。其中,陡裂按照走向差异可以分为5组,缓裂按照倾向差异可以6组。但左岸主要发育3组,分别为倾向SW(Ⅵ组)、倾向SE(Ⅷ组)、倾向S(Ⅸ组),各组缓裂迹长均值0.65m,延续性中等,起伏粗糙以平直粗糙、波状粗糙和微波状粗糙为主,都以很紧密为主,都是以无充填、无胶结裂隙占比最大。统计分析表明,坝址区缓裂是在建造和构造改造基础上,由表生改造作用而逐步形成的。(3)对中坝址区左岸岩体结构特征进行了详细的调查分析,定性判断表明,左岸坝基边坡强卸荷岩体以镶嵌结构和碎嵌结构为主,弱上卸荷以镶嵌结构为主,弱下卸荷以镶嵌结构和次块状结构为主,未卸荷岩体以次块状结构为主。统计结果表明,左岸边坡内花岗岩总体上构造改造强烈。(4)根据坡体结构特征和变形破坏现象,推测左岸边坡开挖后存在的局部稳定性问题主要为中缓倾断层及横河向断层控制的较大规模块体的滑移-拉裂导致的稳定性问题,其中,缓倾角断层L72是边坡稳定的控制性边界。(5)对花岗岩区和英安岩区的多个平硐进行了逐段工程地质分段和岩体基本质量评价,初步总结了坝基岩体质量空间变化规律。基于定性评价和多种量化评价方法基础,综合判定强卸荷带岩体质量属于Ⅳ1级,弱上卸荷带内岩体质量属于Ⅲ2A级,弱下卸荷带岩体质量属于Ⅲ2A级;基于现场实测资料和上述分析成果,对如美中坝址区RQD、RBI和RSI的相关性进行了进一步分析。根据对比结果表明,岩体结构指数(RSI)能更细致地描述岩体结构特征,而RBI值具有多解性,不宜单独用来量化描述岩体结构特征。(6)采用三维数值分析方法研究了坝基岩体卸荷松弛机理及影响深度,主要认识如下:1)不考虑卸荷岩体弱化的计算结果也会呈现相应的卸荷分带现象,最终的位移突变部位与现场调查定性确定的卸荷分带底界有所偏差,未考虑卸荷弱化计算得到的范围比定性判断的范围更浅;2)找到卸荷深度变化与斜坡结构间的关系及复核了坝址区主要平硐的卸荷带的划分;3)对L72的空间延伸特征进行分析,并研究左岸发育的L72对卸荷分带的影响,结果发现L72在延伸240-260m时坡体产生较多的张拉破坏区,继续向坡内延伸则对坡体的影响较小。(7)基于有限元强度折减法,计算左岸天然和暴雨工况下的坝基边坡稳定性。主要结论有:1)左岸自然边坡天然工况下的稳定性系数Fs为1.49;暴雨工况下的稳定性系数为1.40,满足设计要求;2)从计算结果推测左岸自然边坡整体失稳的可能是沿L72作为底滑面发生滑移-拉裂式破坏;3)边坡开挖后左岸边坡稳定性系数在自然和暴雨工况下的分别为1.45和1.36,整体稳定性较好,但是也存在不利结构面如L72控制的局部稳定性问题。(8)基于三维块体稳定理论,分析坡体内主控结构面特征,结合临空条件建立模型,文中以底滑面都为断层L72,L15-1和L73为可动块体的侧裂面,由f8、f12及卸荷裂隙分别作为可动块体的后缘拉裂面,建立了三个可能失稳块体几何模型,计算块体的稳定性系数。计算得到可能的可动块体在最不利条件下,即1/4饱水+地震情况下稳定系数最小为1.256,满足安全设计要求。