低应力环境岩体软弱夹层的渗透特征

低地应力是指在一定边界条件下最小应力值低于自重场应力最小值的现象.通过近几年的研究发现,我国西部特殊构造部位有低地应力存在.低地应力区软弱层带十分发育,岩体呈现明显的各向异性和强透水性,断层泥在软弱层带中的含量少,且多不连续,起不到很好的阻水作用;而次生张裂带最容易产生渗透变形和渗透破坏.在低地应力环境条件下岩体中软弱夹层对水利水电工程的建设和运营起控制作用,所以一定要采取相应的措施加以处理.     

高拱坝坝址区初始地应力场的二次计算

 建立小湾水电站坝址区大范围有限元模型,考虑工程附近较大区域内的地形、地势和河流大转弯等因素,采用遗传算法与有限单元法相结合的联合反演方法,对坝址区初始地应力场进行一次反演;然后,考虑坝址区附近主要地质构造,建立坝基开挖松弛效应分析的小范围有限元模型,基于子模型方法,通过在一次反演模型中插值获得小范围模型的位移边界条件,对初始地应力场进行二次计算。研究结果表明：软弱地质构造对初始地应力场的反演有一定影响,一次反演中不连续结构面附近应力计算值与实测值相差较大;考虑软弱地质构造后的二次计算改善了一次反演所得的初始地应力场精度,大部分测点应力计算值更接近实测值,相对误差也逐渐减小,可将其应用于后续坝基开挖松弛效应分析中;反演结果同时也表明所采用的研究方法是可行的,对类似工程具有参考意义。     

坝基岩体开挖卸荷松弛效应工程特性研究坝

大岗山水电站位于大渡河中游,为混凝土双曲拱坝,坝高210m。由于河谷狭窄,谷坡高陡,地应力较高,坝基岩体开挖过程中产生了强烈的卸荷松弛。本文基于现场地质环境调查、声波检测,结合声波孔波速值和声波衰减率,分析了开挖卸荷松弛的典型特征及其松弛机理,归纳了卸荷松弛类型。通过分析岩体质量与检测成果在时间、空间上的关系得出了坝基岩体开挖卸荷松弛的时间、空间效应,并对坝基岩体开挖卸荷松弛时空效应与其建造、蚀变及构造的关系进行了地质分析研究。深入研究高拱坝建基岩体开挖松弛工程特性,可为高坝建基面的合理选择、松弛岩体工程处理提供科学依据。     

埋藏条件下软弱夹层变形模量研究

在工程建设中,软弱夹层是影响岩体工程特性的重要因素,因软弱夹层揭露后易松弛,且松弛速度快,通常情况下很难得到初始条件变形模量参数。通过在玄武岩地区百余米深的平洞内进行的原位特大型变形试验,在预留软弱带上部的保护岩层以防软弱带松弛条件下,得到软弱夹层与上部不同厚度盖层的综合模量。利用弹性力学的原理求得软弱夹层在深埋原位状态下的变形模量,研究结果表明软弱带在深埋条件下具有较高的变形模量。     

白鹤滩水电站巨型地下洞室群关键岩石力学问题与工程对策研究

 白鹤滩水电站地下洞室群规模宏大、围岩地质条件复杂且地应力水平较高,在现阶段的开挖过程中,普遍揭露了脆性岩体的高应力破坏、软弱层间带导致的深层变形、柱状节理玄武岩的破裂松弛三类典型岩石力学问题。基于室内岩石力学试验,定义脆性玄武岩的启裂强度标准,并结合FLAC3D的Hoek-Brown模型对开挖过程中的洞室顶拱和墙角应力集中区进行分析,提出针对岩体高应力破裂风险区域的支护措施;针对层间带出露于洞室顶拱或高边墙引起的剪出口坍塌、顶拱深层变形、边墙错动变形问题,采用3DEC的Coulomb-slip模型与位移监测相结合开展反馈分析,确定加强支护措施及范围;针对柱状节理岩体的各向异性变形松弛特性,应用专门研发的Comba本构模型与声波检测相结合的研究方法,对柱状节理围岩各向异性松弛深度进行分析,为支护参数拟定提供依据。研究表明,巨型地下洞室围岩的稳定问题通常较为复杂,在施工期依据施工地质、数值模拟和监测成果相结合的反馈分析,不仅能够解释围岩变形破坏机制,而且能够为动态优化设计提供依据。     

软弱岩体中铁路隧道围岩稳定性及其控制

软弱岩体的特性主要表现为软弱、强度低、变形量大、自稳性差。在软弱岩体中开挖隧道若不及时支护,则有可能部分或全部破坏。因此,量测隧道在软弱岩体中稳定状态的变化过程,并研究其稳定性,是工程地质和岩石力学工作者的一项重要课题。本文是在阐述软弱岩体特性的基础上,应用近几年来我们在下坑和普济两座隧道进行的原位监测资料(其中包括用声波探测隧洞的围岩松弛带和用收敛计监测隧洞的周边位移),分析和讨论了隧道在软弱岩体中围岩的动态特性,以及围岩和喷锚支护共同作用下的变化过程;最后指出,采取轮廓控制爆破和喷锚支护技术是控制和改善软弱围岩稳定性的有效措施。     

高地应力软岩隧道大变形的控制技术探讨

为解决高地应力条件下软弱围岩大变形造成的断面缩小、基角下沉等破坏问题,分析了隧道内软弱围岩的受力情况,并建立了数值分析模型,对两种不同的开挖方法进行了模拟分析,以探索出更好的控制高地应力软岩隧道变形的措施。     

软弱岩带变形特性试验研究

对软弱岩带工程岩体进行了系统研究，介绍了软弱岩带变形特性研究的试验方法及测试成果，为控制岩体的稳定性，在拱坝设计中，合理选择参数及取值，是使工程安全，可靠，经济，全理的重要基础和前提条件。     

高地应力脆性岩体中洞室群监测反馈分析的2个关键技术问题探讨

应力控制型破坏模式是高地应力脆性岩体中开挖的地下厂房洞室群常见的破坏模式,洞周松弛区就是开挖爆破和应力控制型破坏模式的产物。初始地应力作为洞周围岩变形和松弛区形成的主要外因之一,是围岩稳定分析的基础。本文对几种常用地应力反演方法进行对比分析,并介绍一种快速生成地应力场的方法,通过地应力反演结果的对比,发现该方法进行地应力场反演时,能较有效率地获得点逼近程度比较高且应力场分布规律符合常识的初始地应力场。还提出同时考虑位移监测资料和声波资料的洞周松弛区反演方法,该方法通过有限次修正洞周松弛系数,以实测位移和实测声波波速为目标,实现洞周松弛区的模拟。     

层间错动带剪切蠕变试验及蠕变模型研究

层间错动带是控制白鹤滩水电站工程区坝基及地下厂房洞室群围岩安全稳定性的一种典型软弱结构面,其力学时效性研究对工程围岩体的长期稳定性十分重要,从已有研究成果来看,白鹤滩层间错动带蠕变特性方面的研究成果较少。以白鹤滩工程区内的层间错动带原状试样为研究对象,进行剪切蠕变试验,探究层间错动带的蠕变特性、蠕变速率及长期强度等特征。试验结果表明:层间错动带原状试样具有典型的蠕变特性;采用等时曲线簇方法确定了不同法向力下层间错动带的长期强度。最后,基于元件法和屈服面蠕变模型,建立能够描述层间错动带瞬时弹性、稳定蠕变及加速蠕变特征的非定常黏弹塑性蠕变模型,拟合结果显示,该蠕变模型能够较好地反映错动带的蠕变特性。研究结果对于进一步揭示层间错动带的时效性规律和理论研究具有一定意义。     

CONFINING PRESSURE EFFECT ON ENGINEERING PROPERTIES OF WEAK LAYERS IN DAM SITES

The problems existing in the present sampling method for weak layers in exploratory adits are discussed. At present,the confining pressure effect on engineering properties of weak layers is often neglected,but the argillizational effect under ground water is emphasized. Ordinarily,samples of weak layers are obtained in exploratory adits. But the weak layers are easily affected by the stress relaxation after the excavation of exploratory adits. So the engineering properties of weak layers,based on laboratory or in-situ tests,are very poor. Obviously,the test results of samples from exploratory adits cannot reflect their engineering properties under natural ground stresses. To avoid the effect of stress relaxation on weak layers,a special sampling method in exploratory adits is adopted,which reveals that weak layers are of good engineering properties under confining pressure. Taking the weak intercalations at a giant hydroelectric station on Jinshajiang River as an example,the correlations between physical and mechanical indices and confining pressure indicate that confining pressure is the most important environmental factor to control the engineering properties of weak layers.     

CONFINING PRESSURE EFFECT ONENGINEERING PROPERTIES OF WEAK LAYERS IN DAM SITES

1 INTRODUCTION The physical and mechanical properties of weaklayers are worse than those of rock masses[1,2]. Weaklayers,as one of the important boundaries,oftencontrol the stability and deformation of engineeringrock masses[3,4]. Therefore,the reasonable assessment ofengineering properties for weak layers is one of themost important problems in rock mass projects.The engineering properties of weak layers not onlyembody in their substances , but also reflect theinteraction between their s…     

泥质粉砂岩高围压三轴压缩松弛试验研究

高应力条件下应力松弛特性是岩石长期力学特性研究的重要方面,开展了泥质粉砂岩围压为15~35 MPa的三轴松弛试验研究。高围压下应力松弛曲线的分析表明,岩石的应力松弛可以分为衰减松弛和稳定松弛两个阶段。当松弛初始应力水平较低时,试样主要以衰减松弛为主,很快趋于稳定,当松弛初始应力水平接近岩石峰值应力时,应力松弛明显增大,并出现明显的稳定松弛阶段。不同围压条件下,试样松弛曲线对比分析表明,松弛初始应力水平较低时,岩石处于黏弹性阶段,围压对岩石松弛特性的影响相对较小,随着松弛初始应力水平的增大,当应力水平接近峰值应力时,岩石的应力松弛将随围压的增大而减小。基于三轴松弛试验结果的分析,建立了能够反映泥质粉砂岩三轴松弛特性的西原模型,并验证了模型的合理性。     

碎粒型结构面特征及物理力学参数优化分析

某水电站坝区两岸的勘探平洞揭示了百余条挤压破碎带,兼具挤压错动和风化蚀变双重特征,其组成以碎粒岩为主,空间分布不均。作为一种软弱结构面,其工程地质特征及物理力学参数对坝区岩体利用和枢纽建筑物布置具有重要影响。通过现场调查及物理试验,分析统计了其发育分布特征、物理性质;结合现场碎粒型结构面的抗剪强度试验,获得了抗剪强度参数,根据点群趋势,分别按优定斜率法和最小二乘法取值。为避免因某些薄弱单元的累进性破坏而危及工程岩体的整体安全,建议使用优定斜率法成果的下限值作为试验成果标准值。     

孔径变形法测试地应力弹性模量参数选取分析

 随着大型水电工程和地下空间工程建设的发展,势必会加大研究岩体的应力测量技术及应力对工程岩体、工程建设的影响。以黄登水电站坝区岩体地应力测量为背景,通过岩芯围压试验、室内岩块压缩变形试验等方法测试弹性模量,其测试成果在各种试验中有很大的不同,因此采用岩石损伤力学、高围压下岩体特性等理论对该现象进行分析;同时,根据卸荷岩体特性对地应力测试中应力解除过程进行分析,确定扩容对地应力测试的影响。研究结果表明,随着围压的增加,岩体弹性模量可能出现正增长关系,主要原因是岩体裂隙的压紧导致结构的致密;岩体在卸荷的情况下会出现一定程度的扩容;同时,机械振动势必也加大扩容对于变形的影响。考虑上述因素,提出黄登水电站地应力测试中弹性模量的选取原则,该方法可为类似工程提供一定的参考价值。     

钢丝网筋材的加筋作用特性试验研究

在双绞合六边形钢丝网加筋红砂岩粗粒土大三轴试验的基础上,对钢丝网筋材的加筋机理、加筋作用发挥过程和含水量、加筋间距对加筋效果的影响进行系统的研究。分析表明,加筋双绞合六边形钢丝网可以同时提高红砂岩粗粒土的黏聚力和内摩擦角,其加筋机理不宜采用“准黏聚力”理论,工程设计时也应考虑筋材对土体内摩擦角的贡献;双绞合六边形钢丝网...     

高孔隙水压力作用下岩体软弱结构面(带)力学特性的试验研究

为研究岩体中的软弱结构面(带)在高应力与高孔隙水压力作用下的强度和变形特性,利用MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统,对一大型水电工程的2个软弱结构面(带)进行水岩耦合三轴压缩试验。试验结果表明：软弱结构面(带)的强度参数f随孔隙水压力的升降变化甚微,c则随孔隙水压力升高迅速降低,在大于2 MPa的孔隙水压力下,c值可能完全丧失;软弱结构面(带)的抗剪强度随孔隙水压力升高逐渐减小,在10 MPa应力条件下,4 MPa孔隙水压力可使抗剪强度降低30%以上。软弱结构面(带)的变形性能随孔隙水压的升高急剧减弱,在10 MPa围压条件下,4 MPa孔隙水压力可使变形模量E降低达34.2%。研究成果表明,工程建设中,岩体中的软弱结构面(带)的力学特性参数取值不能忽视工程建成后的孔隙水压效应,对于一般工程,软弱结构面(带)强度参数的水压效应可采用有效应力原理进行预测,但对于高水头的重大工程,则应采用原样试验的方法加以确定。     

围压对节理岩体表征单元体尺寸的影响研究

 节理岩体的力学特性与其赋存的应力状态密切相关,已有的岩体表征单元体确定方法均没有考虑围压对表征单元体尺寸的影响。以某公路隧道为工程背景,采用三维离散元数值方法,对此问题进行研究。基于现场大量节理量测,统计出研究区岩体的优势节理组,建立岩体结构模型及三维离散元数值模型,模拟岩体的压缩试验,研究不同围压条件下表征单元体尺寸及岩体变形和力学特性的变化规律。结果表明：当围压小于20 MPa时,表征单元体尺寸随围压增加呈正相关增大;当围压大于20 MPa时,表征单元体尺寸不受围压影响,保持不变。当围压小于60 MPa时,岩体承载力随围压增加呈正相关增大;当围压大于60 MPa时,岩体承载力不随围压增加而变化。岩体的轴向应变、横向应变和体积应变随围压的变化规律也表现出明显的围压效应。     

主动围压下地下工程岩石的冲击压缩特性试验研究

 岩石等脆性材料的力学性能与其所受围压的大小密切相关。为了研究地下工程岩石在围压下的冲击压缩特性,采用具主动围压加载的分离式Hopkinson压杆,对岩石进行主动围压下的SHPB冲击压缩试验,得到岩石在不同围压和不同应变率下的轴向应力–应变曲线,并对试验过程中试件的应力均匀性进行分析。研究表明：岩石类脆性材料在围压作用下其抗压强度和韧性大大提高,并且具有向延性特征发展的趋势,显现出较强的围压效应;在同等级围压下,岩石的峰值强度和峰值应变随应变率的变化表现出显著的应变率相关性,动态强度增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,动态强度随应变率的增加而近似线性增长。单轴动荷载下,岩石在以拉应力为主,其他应力联合作用下发生破坏,表现出明显的脆性特征;随着围压的增加,岩石试件将发生脆性向延性的转变,破坏形态以压剪破坏为主,同时发生拉应变破坏和卸载破坏。     

循环加卸载对岩体残余强度影响的试验研究

 地下工程中,处于深部高地应力区的地下巷道、洞室、矿柱等的力学特性都与岩石破坏后的力学特性有密切联系,研究岩体残余强度及峰后力学特性对工程设计有着非常重要的意义。通过对处于残余强度状态岩样的循环加卸载试验,研究不同围压下(30,20,10,5和1 MPa)、不同卸荷量(90%,70%,30%)造成的岩样残余强度变化规律,其中卸荷量为卸除荷载与相应围压下岩样残余强度的百分比。试验结果表明：不同围压、卸荷量条件下,岩样残余强度与循环次数的变化规律均可用指数函数很好地进行拟合,受初始条件影响不大;围压较低时(≤20 MPa),同一围压下,卸荷量为70%时岩样残余强度的降低程度最大,其次是卸荷量为90%时;卸荷量为30%时,对残余强度造成的影响最小;当卸荷量相同时,围压越低,循环加卸载造成岩样残余强度降低程度越大,围压为1 MPa时,残余强度最大可降低73%;围压较高时(＞20 MPa),由于围压的约束和压密作用,循环加卸载不会造成岩样残余强度的降低。