水库运行期岸坡消落带红砂岩抗剪与抗压强度劣化机制

目前在水库运行期岸坡消落带环境条件模拟方面,对消落带岩石在库水位周期性升降条件下宏观强度劣化规律进行研究时,主要侧重于"湿干"交替作用环境条件的单一模拟,鲜见对水库运行期岸坡消落带岩石所处的岸坡应力、"湿干"交替和库水渗透综合作用的真实环境条件进行模拟。自主研发了能模拟岸坡应力、"湿干"交替和库水渗透综合作用环境的水库岸坡消落带软岩三轴试验系统,以三峡库区马家沟滑坡红砂岩为研究对象,开展红砂岩的单轴、三轴压缩试验,并分析了岩石试样的破坏模式;同时,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试方法,获得红砂岩的微细观结构和黏土矿物成分随"湿干"交替作用次数增加的变化规律。研究结果表明:红砂岩的峰值抗压强度随"湿干"交替作用次数增加逐渐劣化,其中前4次"湿干"交替过程中,峰值抗压强度劣化幅度较大;第6～8次"湿干"交替过程中,劣化幅度逐渐减小。随"湿干"交替作用次数的增加,红砂岩的黏聚力也逐渐下降,第1～4次"湿干"交替过程中,黏聚力的下降幅度较大;第6～8次"湿干"交替过程中,黏聚力的下降幅度明显减小。随"湿干"交替作用次数的增加,红砂岩的内摩擦角有所降低,但变化规律不明显。红砂岩中的黏土矿物因水化反应产生不均匀膨胀、收缩,导致碎屑矿物颗粒之间的胶结作用遭到一定程度的弱化,在宏观上表现为抗剪强度、抗拉强度的劣化;抗剪强度、抗拉强度的劣化使得红砂岩在轴向荷载的作用下更容易发生破坏,是导致峰值抗压强度发生劣化的直接原因,而红砂岩中胶结物胶结作用的变弱是红砂岩峰值抗压强度发生劣化的根本原因;同时,渗透压对峰值抗压强度、抗剪强度的劣化具有一定程度的促进作用。研究成果可为水库运行期岸坡稳定性动态分析与评价提供科学的依据。     

南湾水库坝基顺河断层带渗流稳定性研究

根据南湾水库的蓄水和地质、结构特点,对其坝基顺河断层带进行渗流稳定性研究.根据南湾水库工程大坝浸润线和基岩等水位线图进行坝址区渗流域渗流场反演分析,确定岩体的实际渗透系数.运用二维有限元分析等方法评价,预测水库现状水位和未来高水位各运行工况下坝基渗流场的渗透稳定性.计算分析表明,有限元法计算的断层带最大水力坡降小于断层带允许坡降不会产生渗透变形.     

库水位下降对滑坡体稳定性的影响

以三峡水利工程为背景,针对长江三峡库区水位的周期性调节对库岸边坡稳定性可能产生的种种不利影响,计算了在库水位下降期间,滑坡体稳定性受库水位下降速度影响的变化情况。结合库水位下降期间不同渗透系数滑坡体的实际渗流场,对滑坡体稳定性进行了数值计算分析,得到了库区降水速度和渗透系数与边坡稳定性之间的变化规律,对库区边坡稳定性的研究有一定的参考作用。     

水库运行期岸坡消落带红砂岩抗拉强度劣化机制

红砂岩广泛分布于三峡库区,弄清岸坡消落带红砂岩的抗拉强度在水库运行期周期性"湿干"交替作用下的劣化机制,是科学进行水库运行期红砂岩岸坡稳定性分析与评价的重要前提。以三峡库区马家沟滑坡红砂岩为研究对象,自主研发能模拟水压力和"湿干"交替共同作用的岩石抗拉强度测试系统,进行消落带红砂岩在水压力和"湿干"交替共同作用下的劈裂试验;同时,基于扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及吸水率的测试分析,探讨消落带红砂岩抗拉强度的劣化机制。试验结果表明:在水压力和"湿干"交替的共同作用下,消落带红砂岩的抗拉强度随着"湿干"交替作用次数的增加逐渐劣化,劣化幅度逐渐减小最终趋于0;在"湿干"交替作用前期,红砂岩抗拉强度的劣化幅度较大,第1次"湿干"交替作用后,劣化程度最为明显;2~4次"湿干"交替时,劣化幅度相对较大;4次"湿干"交替作用后,劣化幅度逐渐减小为0;红砂岩抗拉强度的劣化是一个不断累积的过程,是内部黏土矿物湿化过程的水化溶解与膨胀、干燥过程的失水收缩,以及水压力作用下微裂隙的增加、扩展等综合作用的结果,且黏土矿物的水化作用引起的碎屑矿物与胶结物之间的胶结变弱效应在其抗拉强度的劣化过程中起主导作用。研究成果可为合理评价红砂岩岸坡的稳定性提供科学依据。     

泄滩污水处理厂不稳定斜坡地下水动力学参数反演

三峡水库蓄水运行后,三峡库区泄滩污水处理厂岸坡在库水位变化条件下发生较大的变形,目前,该岸坡已成为不稳定斜坡。本文基于流固耦合理论,采用有限元法、神经网络与遗传算法相结合的综合智能反演方法,依据该不稳定斜坡在一个库水位变化周期内的地下水位和变形监测资料,对该不稳定斜坡在一个库水位变化周期内的地下水动力学参数进行反演分析,获得该斜坡堆积体在库水位变化和降雨条件下的渗透系数和储水率动态变化特征,为该斜坡的稳定性评价提供依据。     

渗透诱发固结中高塑性粘土固结参数的确定

软粘土在渗透压力作用下 ,孔隙比e,压缩系数a ,渗透系数k随固结过程中应力—应变状态的变化而变化 ,具有大应变、非线性等特点。本文通过渗透固结模型实验 ,对渗透压力下高塑性粘土一维非线性固结特性进行研究 ,确定了固结过程中压缩性关系 (e-σ′)、渗透性关系 (e-k)表达式 ,从而为该渗透固结机理应用到土坝水平防渗措施中粘土铺盖裂缝的淤填、淤积铺盖防渗性能的提高等方面提供理论依据     

芝瑞抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体反滤设计及渗流安全评价

根据抽水蓄能电站运行期水位变化频繁、水位变幅大的运行工况,针对天然砂砾石料抗渗透破坏和冲蚀能力差的缺点,结合国内在建抽水蓄能电站中首座采用砂砾石料筑坝并直接填筑在河床覆盖层上的沥青混凝土心墙坝,基于当前反滤准则仅重视级配关系而忽略相对密度对砂砾石料渗透性影响的缺点,提出了修正的砂砾石料反滤准则,并通过心墙砂砾石坝坝体的反滤设计、各区坝料的渗流试验及坝体的渗流安全分析进行了验证。结果表明：除级配特征外,反滤设计中相对密度变化对反滤保护能力的影响也至关重要,由于天然砂砾石料渗透性能差,在库水位快速下降过程中,短时间内砂砾石坝体内孔隙水无法排出,坝内浸润面跌落速度远低于库水位下降速度,存在明显的滞后现象,且随水位变化,坝体内部存在渗透坡降大于允许坡降的现象,通过修正反滤准则进行的坝体各分区间的反滤保护设计,可有效应对抽水蓄能电站运行过程中库水位变化频繁、水位变幅大带来的心墙坝大坝迎水侧砂砾石料的渗透稳定问题,结合优良的力学特性及储量丰富便于施工的特点,砂砾石料也是构筑抽水蓄能电站当地材料坝的良好天然材料。     

水库水位升降影响下库岸裂隙岩体渗流特性分析

水力边界变化对边坡岩体渗流应力状态以及岩体稳定性具有重要影响。本文应用离散裂隙网络非稳定渗流模型,分析水库水位升降运行方式对岩质边坡内渗流场的影响,探求裂隙岩体内部水头分布与边界水位之间的关系。分析表明,水库水位升降变化时,边坡岩体渗流场中水头改变存在滞后效应,滞后程度与水位变化速度、研究点距变化边界的距离、以及裂隙的连通性等密切相关。水库水位和运行方式是影响裂隙岩体渗流场分布的主要因素。水库水位单向匀速上升(下降)或连续等速升降时,裂隙岩体渗流场主要决定于边界水位值。水库水位非等速连续升降变化时,岩体渗流场主要决定于水位升降速度之差以及节点位置。如果采用慢蓄快泄的运行方式,将在岩体内形成较大的渗透动水压力,降低岩体的稳定性。     

三峡水库水位涨落条件下奉节南桥头滑坡稳定性分析

三峡大坝建成后，水库将分期蓄水抬高水位，蓄水后库区水位将上抬100多米。由于防洪的需要，库水位将在175～145m范围内变动。库水位的抬升和周期性涨落，将改变岸坡原有的水．岩作用环境与条件，有可能引起库岸边坡与滑坡的失稳。南桥头滑坡位于三峡库区奉节县长江公路大桥南岸，其稳定性直接关系到大桥的安全运行。应用FLAC^4.0对南桥头滑坡在不同水位及涨落条件下的渗流场与应力场进行分析，研究应力-渗流耦合作用下滑坡体的变形趋势与破坏特征：探讨了不同蓄水工况下滑坡稳定性的变化规律及其对桥基的影响。结果表明：南桥头滑坡在现状条件下处于基本稳定状态；三峡水库蓄水后，随着水位的抬升，滑坡整体稳定性逐渐恶化；滑带内塑性区全部连通，滑坡安全系数小于1．0，表明该滑坡在库水位抬升后有可能产生整体失稳。建议采取有效的工程治理措施，消除滑坡对大桥运行造成的安全隐患。     

三峡库区港口岸坡稳定性随库水位变化规律研究

随着三峡库区蓄水位的不断抬高,库区已有大量港口码头被淹没而迅速复建,且水库正式运行后水位变幅将会很大,库区港口边坡稳定性问题将更加突出。本文在对三峡库区主要港口工程地质特征调查研究的基础上,结合奉节白马港区工程实例,首先根据坡体实际回填材料特性,采用数值模拟预测了库水位升降时渗流浸润线的变化状况,然后通过试验确定了其岩土物理力学指标随含水量的变化规律。接着考虑库水位首次升降,防洪期间库水位再上升下降等几种工况下,进行了边坡稳定性计算分析,找出港口岸坡稳定系数随库水位升降过程的变化规律,提出库区港口岸坡稳定性计算应选择的控制工况,从而使计算简化。     

三峡库区碎石土质岸坡失稳启动机制研究——以龙江红岩子滑坡为例

三峡水库蓄水后,滑坡成为三峡库区最严重的地质灾害之一,库水位下降和降雨是导致滑坡的重要因素。以龙江红岩子滑坡为例,研究三峡库区碎石土质岸坡失稳启动机制。基于FLAC^3D渗流分析模块功能和算法对三峡库区龙江红岩子滑坡的机制进行研究。根据龙江红岩子岸坡的地形、地质条件,建立了龙江红岩子滑坡渗流模拟有限差分计算模型,并确定了模型合理的水头边界条件。通过编写内置的FISH函数对降雨入渗、不同库水位等工况进行模拟,得到了位移场的变化规律,分析了不同库水位及降雨条件下碎石土质岸坡的稳定性,揭示了岸坡在降雨和水位下降过程中的稳定性衰减过程。降雨和水位骤降的共同作用是龙江红岩子滑坡的触发因素。为研究不同库水位和降雨条件下碎石土质库岸滑坡稳定性提供了依据。     

蓄水期库岸古滑坡的水动力学响应监测——以三峡库区泄滩滑坡为例

水库岸坡失稳是伴随水电工程建设而产生的一种地质灾害，一般认为主要是由于水库蓄水或运营导致岸坡水动力条件的不利演化造成的。国内外水库岸坡失稳的实例很多，但是岸坡的水动力条件演化过程主要以渗流计算所获得的渗流场作为依据，缺乏系统完整的现场监测资料。以三峡水库蓄水为契机，在湖北秭归县泄滩古滑坡体上建立了一套自动水文监测系统，监测内容包括水库水位、滑坡体水位、渗压与降雨量等。从监测成果来看，岸坡的水位(或渗压)上升速度明显滞后于库水位上升速度，滞后时间与岸坡的渗透性有关，滑带、滑坡影响带和基岩的渗透性相对较弱，滞后时间较长，但是滑坡体的渗透性良好，滞后时间较短；水位观测井的观测成果存在误导，需要结合观测井结构进行分析，建议尽可能使用标准管结构；降雨引起的滑坡体水位上升量和滞后时间与降雨强度关系密切，降雨强度越大水位上升量越大，水位开始上涨的时间越短。因此，对降雨的影响分析有必要考虑雨型，确定合适的基准时间单位。就泄滩滑坡而言，以小时为基本时间单位较为合适。     

三峡水库调度对库岸斜坡体内渗透压力与斜坡稳定性影响研究

在分析三峡库区松散堆积斜坡岩土体结构和地下水赋存条件的基础上,着重探讨了三峡水库水位调节时斜坡中渗透压力的作用方式和强度,用地下水动力学中潜水渗流理论研究某类边界条件下的渗透压力,提出斜坡渗透压力评价和计算公式,从而为客观地评价斜坡的稳定性状况、设计合理的斜坡防治工程及节约工程造价提供依据。     

砂岩与砂质泥岩渗透性能试验研究

利用柔性壁渗透仪对取自兰州地区的砂岩和砂质泥岩试样进行了渗透性能的试验研究,通过施加不同围压和渗透压,比较砂岩与砂质泥岩两者的渗透性能,并根据试验数据对渗透系数与渗透压进行拟合,同时,利用扫描电镜(SEM)对渗透前后的砂岩和砂质泥岩进行微观分析。试验结果表明:在200 kPa围压时,渗透系数随渗透压增加有增长趋势,在300 kPa、400 kPa围压时,渗透系数随渗透压增加先增大后保持稳定;在同等围压和渗透压下,砂质泥岩的渗透系数要大于砂岩;根据物理力学性质指标,可通过岩石吸水率和孔隙率对渗透系数进行判定。通过观察电镜结果可知,渗透试验前后,两者内部结构变化较大。     

库水位下降对滑坡稳定性的影响

三峡水库2003年蓄水后，滑坡将可能成为三峡库区最严重的地质灾害之一，库水位下降和暴雨是导致滑坡的主要因素。根据三峡库水位调控方案考虑库区极端暴雨情况，利用有限元模拟库水位在175～145m波动和降雨时红石包滑坡Ⅲ的暂态渗流场，将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡的极限平衡分析，并考虑基吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨不同降雨速度、降雨条件对滑坡稳定性的影响。研究表明：库水位下降对滑坡稳定性的影响受控于滑坡土的入渗能力和滑坡结构形态，当暴雨强度为300mm／d时，红石包滑坡Ⅲ的临界降速1m／d。其成果将为库区滑坡治理提供科学依据。     

Effect of damage on gas seepage behavior of sandstone specimens

In underground engineering,such as geological CO_2 sequestration,unconventional oil and gas exploration,and radioactive waste storage,permeability of rock is important to evaluate the potential CO_2 storage capacity,improve oil and gas production,and prevent leakage of radioactive waste.In this study,hydrostatic stress tests and triaxial compression tests with gas permeability measurements were carried out on intact and damaged sandstone specimens.Three series of experiment were designed to evaluate the permeability evolution laws of sandstone under different testing conditions.They included triaxial seepage tests on intact specimens under different confining pressures,triaxial seepage tests on damaged specimens with different extents of damage,and hydrostatic seepage tests on damaged specimens under increasing and decreasing gas pressures.Based on the experimental results,the effects of effective confining pressure,extent of damage and increasing and decreasing gas pressure on permeability of sandstone were investigated.It shows that the permeability of the intact sandstone specimens first decreased and then increased,followed by a constant value with increase in axial strain.The permeability of the sandstone specimens was observed to decrease with increase in effective confining pressure.The extent of damage affects the permeability evolution,but does not influence the failure patterns of damaged sandstone.As the gas pressure increased,the permeability of the damaged sandstone specimen increased.Under the same gas pressure condition,the permeability during the decreasing process is generally higher than that during the increasing process.These experiments are expected to enhance our understanding of seepage behavior in underground rock masses.