水利水电工程高边坡卸荷裂隙探讨

卸荷裂隙是自然地质作用和人工开挖使岸坡岩体应力释放和调整而形成的一种与岸坡倾向相似的裂隙,在水利水电工程高边坡中经常遇到。卸荷裂隙对高边坡的稳定性、坝肩渗漏、坝肩抗滑稳定及压缩变形产生重要影响,也因此成为坝肩岩体评价的一个重点和难点。     

如美水电站坝址区碎裂松动岩体成因机制

以澜沧江如美水电站坝址区为研究对象,在工程地质定性分析碎裂松动岩体成因机制的基础上,运用离散元UDEC软件,建立了地质概化模型,模拟了岸坡在自重应力场和构造应力场共同作用下的河谷下切和碎裂松动岩体的形成过程,综合分析了碎裂松动岩体的成因机制。研究结果表明：坝址区岸坡岩体卸荷形式多样,其中以“推移-错动”型卸荷影响范围最大,卸荷机制最为复杂;随着河谷的下切,岸坡岩体地应力发生重分布,主应力减小,剪应力增大,近坡表岩体应力出现明显松弛卸荷现象,岸坡沿上部顺坡向中倾结构面产生较大变形,且对下部尖灭部位岩体产生了较大的推力,岩体沿反坡向陡倾节理出现反向错动,并在坡表形成外高内低的错台现象,岸坡岩体出现明显的倾倒变形特征,形成典型的“推移-错动”型卸荷模式,并叠加强烈的风化作用,最终形成碎裂松动岩体。     

基于声波的洞室围岩岩体质量分区优化方法

开挖会对围岩岩体产生扰动,影响围岩的质量,常用钻孔声波法来观测确定开挖对岩体质量的扰动影响。常规方法确定岩体质量分区时,波速变化率曲线和阀值直线往往有多个交点,很难判定质量分区边界,利用波速变化率曲线的细部特征对常规方法进行了优化,重新定义岩体质量分区的判定准则,使岩体质量分区具有唯一性。将优化方法应用到白鹤滩水电站4^#导流洞工程中,4^#导流洞开挖后的岩体质量可以分为3个区,即扰动一区、扰动二区及未扰动区,随着距开挖面深度的增加,围岩受到开挖的扰动影响逐渐减小,围岩质量逐渐变好,后续开挖步会使岩体的质量变差,扰动区范围进一步增加。     

大岗山水电站右岸边坡安全监测设计

大岗山水电站右岸坝肩开挖高边坡区地质条件复杂,岩体风化卸荷较强烈,浅表部风化卸荷强烈,呈碎裂-块裂结构,岩体质量较差,坡体深部发育有中缓倾坡外的XL316和XL9-15两个长大裂隙密集带。在右岸边坡监测设计中,遵循边坡地质条件、开挖支护设计及边坡稳定计算,并根据施工地质进行动态调整和优化,为右岸边坡稳定性分析提供资料。     

考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖特性研究

通过建立柱状节理岩体径向应力比与力学劣化系数的数学关系,获取柱状节理岩体卸荷损伤效应的定量表达式。结合FLAC~(3D)提出一种考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖分析方法,实现岩体单元的力学参数在开挖过程中随实际应力状态得到动态调整。在此基础上开展柱状节理岩体试验洞的开挖特性分析。结果表明,考虑卸荷损伤的计算数据与实测数据基本吻合,试验洞围岩的位移、体积应变增量和塑性区均随开挖断面的逐步增加而增大,且呈边墙最大,底板次之,拱顶最小的分布规律。最后采用体积应变增量大于0.10%和塑性区作为岩体松弛的综合判别指标,其分析结果与钻孔声波测试数据相一致。     

爆破控制技术在龙滩坝基开挖中的应用

针对龙滩水电站右岸坝基地质条件差、坡陡、高差大的特点，同时又要保证坝基开挖质量，爆破引起的岩石应力松驰深度不大于500mm。通过坝基岩体声波测试对比试验(以3号坝段为例进行阐述)，以及从揭露的半孔率情况及孔壁爆破裂隙统计情况，调整爆破参数，从中总结出适合龙滩地质条件的爆破参数。     

应用干孔声波法测试隧洞围岩松弛圈

由于工程岩体受爆破、机械开挖、松动卸荷等诸多因素的影响,使得隧洞围岩内部的应力重新分布,在隧洞围岩表层出现应力释放区,该区如不及时进行处理或加固,很容易形成松动而破坏。因此,正确认识和测定隧洞围岩松弛变化特征,对工程开挖、灌浆补强以及隧洞洞室稳定程度评价具有重要意义。介绍了隧洞围岩松弛圈测试的声波法基本原理、方法技术及成果分析,应用干孔声波法测试取得声波纵波速度随孔深的变化曲线,通过分析隧洞围岩松弛圈、应力集中区和原岩的弹性波速特征,确定围岩松弛圈厚度范围,为隧洞稳定性评价及支护设计提供科学依据。     

开挖卸荷速率变化对岩质边坡应力应变影响作用研究

基于卸荷岩体力学理论及方法,应用FLAC3D有限差分计算软件,在数值分析中模拟不同速率的边坡开挖。并在不同开挖速率下,对考虑及不考虑边坡岩体卸荷变化条件下开挖边坡的应力应变特征进行了对比分析。结果表明:在考虑岩体开挖卸荷作用的前提下,开挖速率越慢,开挖过程中边坡模型的应力应变越小,塑性区范围也越小;而在不考虑岩体动态开挖卸荷作用时,开挖速率对边坡最终的应力应变以及塑性区大小并无直接影响。因此,在实际施工中应充分考虑动态卸荷作用以及开挖速率的影响,注意控制开挖进度,开挖后应对开挖边坡及时进行加固。     

河谷下切对岸坡卸荷影响的数值模拟研究

为了解河谷下切过程中对岸坡卸荷的影响,以某水电站下坝址岸坡为研究对象,通过建立相应三维模型进行数值模拟计算,分析河谷下切过程中的应力场特征、位移场及塑性区演化特征。结果表明,河谷下切过程中,同高程处坡体内部应力水平大于坡表临空面,垂直于河道方向的位移逐渐增大,卸荷深度不断向坡体内部延伸。韧性剪切带的存在对边坡岩体的卸荷有较大影响。     

马岩洞水电站特殊地质条件对水工方案选择的影响

该电站为高坝长引水式开发。枢纽区地处岩溶高山峡谷地区，河谷地质结构总体属向斜走向谷，在其控制下形成河谷地形不对称和两岸高差大，以及巨型危岩体、顺向坡、碎裂结构岩溶含水层、岸坡卸荷拉裂缝、已建水库河床深厚覆盖层等特殊地质条件，对水工方案选择影响较大。在前期勘测设计过程中及时调整了设计方案，有效避开了它们的严重影响。     

混凝土断裂过程区拉伸软化的本构关系

针对混凝土在裂纹端部的断裂过程区应力和变形具有软化特性这一情况,将该过程区抽象为具有黏聚应力分布的裂纹,通过确定黏聚裂纹张开位移和黏聚应力分布的计算式,将其应用于混凝土材料,得到该材料的黏聚裂纹张开位移的分布及张开位移与应力的本构关系。理论计算值与试验结果吻合良好。     

水工闸门大型铸造轨道纵向正应力分析

对三峡水利枢纽高压闸门定轮支承结构试验中轨道在轮压作用下的受力性能进行了三维有限元数值分析，并与试验结果进行对照，解释了试验过程中出现的以前没有被认识的试验现象。将轨道分为接触区、过渡区、低应力区进行讨论，描述了各区的应力特点，进一步了解了整个轨道的纵向正应力分布规律，并对纵向正应力试验测点的布置问题提出了建议。     

双向等压圆形巷道塑性区径向位移时变解求解及岩爆防治分析

采用时变理论,分析了圆形巷道在双向等压载荷作用下围岩弹性区和塑性区随时间变化的力学过程。通过建立圆形巷道平面应变模型,采用弹性区和塑性区双线性本构方程,求解得到了巷道的弹性时变解、弹塑性时变解、塑性区径向位移时变解。结果表明：塑性区边界移动速率较大时,塑性区内岩体径向位移随时间而增大;巷道半径越大,则相同时刻塑性区内岩体径向位移越大。岩爆的时间效应实质上是围岩塑性区径向位移达到了临界塑性软化深度,为防治岩爆的发生,应尽量减小塑性区径向位移。塑性区径向位移的时变解对于岩爆的防治提供了新思路。     

深切河谷初始地应力特点及其对地下工程的影响

在深切河谷地区修建地下工程,山体不同坡度时会对初始地应力有十分重要的影响。通过数值分析研究了当山坡坡角分别为30°、45°和60°时,在重力场和构造应力条件下山体中在垂直向和水平向典型剖面中初始地应力分布的特点。得出以下结论:1山体同一高程处,地应力的分布特点是先增大后减小的驼峰式。2地下洞室开挖距离坡脚越近,修建后洞室周边的塑性区越大,对于洞室围岩的稳定性越不利。3在研究河谷地区的地应力分布规律和状态时,仅考虑自重作用是不全面的,应该结合区域特性,考虑构造应力的影响。4由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用,河谷底部构造强烈,产生了大量的应力集中。     

混凝土高坝温度应力仿真分析的三分区算法

针对混凝土高坝温度应力仿真分析中计算时间过长的问题，提出了三分区算法—新混凝土区、过渡区和老混凝土区，在新混凝土区采用小的时间步长，在过渡区和老混凝土区采用比较大的时间步长。通过有限元仿真分析，研究了坝体新混凝土区温度变化对老混凝土中变形的影响，提出了影响深度系数的计算公式，解决了三分区算法中合理分区的关键问题。三分区算法既可以节省大量计算机时，又能够保证计算误差小。     

考虑渗流及软化效应的深埋引水隧洞围岩弹塑性分析

为研究圆形引水隧洞围岩的塑性区及应力分布情况,应用弹塑性力学,考虑渗流及应变软化的影响,采用统一强度准则,推导了圆形隧洞围岩各分区应力场以及塑性区半径的解析解,结合工程算例分析,得到围岩软化、渗流作用、中间主应力系数对隧洞切向应力和塑性区半径的影响规律,同时通过定义不均匀渗透系数,分析了不同方向上孔隙水压力分布规律。研究结果表明:随着不均匀渗透系数的改变,渗流沿不同方向表现出了各向异性,且越靠近水平方向或垂直方向,孔隙水压力分布受不均匀渗透系数的影响越明显;渗流及材料软化对围岩应力场分布以及塑性区大小均有不同程度的影响,材料软化较渗流影响对围岩稳定更为不利;中间主应力系数对围岩切向应力及塑性区范围有着显著的影响,不考虑中间主应力效应时计算结果相对保守,不能有效发挥出围岩的强度。研究结论可为研究含水岩体下隧洞开挖围岩稳定性等问题提供理论参考。     

复杂地形对面板坝面板应力和变形的影响分析

某混凝土面板堆石坝坝高144m．河谷地形复杂。采用三维非线性有限元法,建立了坝体和坝基的三维有限元模型．模拟了大坝填筑施工过程和水库蓄水过程．分析了运行期面板的应力变形及周边缝的变位特性,研究了复杂地形条件对该坝面板应力和变形的影响。计算表明：该混凝土面板堆石坝的面板应力受地形的影响较大,与坝体断面几何形态密切相关。左岸次堆石区变形大．面板应力较大,而右岸岩体的支撑作用显著,面板应力较小。右岸陡坡处及左右岸变坡处周边缝的变形较大。     

软岩填筑高面板堆石坝分区及材料设计

通过分析软岩不同利用方案及分区形式对高面板堆石坝力学性状的影响,获取了坝体应力和变形的变化规律。高面板堆石坝下游次堆石区中软岩含量及堆石区几何特征、主堆石体分区形式均影响面板堆石坝的力学性状。提高坝体下游堆石区的强度及刚度,可以提高各堆石区之间的协调变形能力、降低面板变形及应力。提高位于坝轴线处的堆石体承载力,可以有效降低坝体变形及面板应力。为控制高面板堆石坝的坝体变形及应力,坝轴线处坝体下部堆石区宜填筑承载力高的堆石体,下游堆石区中软岩比例不宜超过30%。     

新滩滑坡形成机制与滑动特征

位于五峰暴雨区中的新滩滑坡是长江三峡大型滑坡之一。强烈上升并有活动断层通过的峡谷斜坡构成滑坡形成的特殊地质环境。上硬下软的地层组合为山体崩塌提供了有利条件。滑坡区内的几条断层构成了新滩滑坡的部分边界。断层沟谷内堆积的巨厚崩积物构成滑坡体。滑带土是坡体上细粒土在降雨的淋滤作用下通过局部“涨落”而聚集的。滑带土在上部荷载作用下产生塑性流动,滑带土强度降低,导致滑坡起动。基岩谷底形态控制了新滩滑坡的滑动过程,而且由于姜家坡前缘的应力重分布,产生了新滩段滑体内的差异运动。     

深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定性研究

在深埋隧洞开挖过程中,高地应力和结构面发育是控制洞室围岩稳定的关键问题。针对深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定问题,以新疆某深埋高地应力引水隧洞为工程依托,利用水压致裂法和三维水压致裂法对地应力进行现场监测与分析,采用离散元软件3DEC模拟围岩应力场、塑性区以及位移场的变化情况,研究了深埋高地应力下引水隧洞节理围岩的稳定性问题。结果表明:实测得最大主应力在12.4~12.9 MPa范围内,模拟得洞室附近出现0~2.1 m的塑性区,最大位移值为25.1 mm,最大压应力为13.2 MPa,最大拉应力为1.32 MPa,洞室的侧墙和拱底部位的塑性区、位移值较大且出现局部小范围拉应力。结合本文具体工况和实测地应力资料,通过强度理论的方法进行岩爆分析研究,由Russenes岩爆判别式得无岩爆发生,节理岩体处于稳定状态,但随节理裂隙发育,侧墙和拱底易出现破坏,建议采用2.5 m锚杆进行加固。模拟结果与实测结果较为一致,研究成果为工程施工提供参考。