白龙江某水电站枢纽区顺向河谷岸坡变形特征及其形成机理研究

水库蓄水坝址区边坡变形稳定可对水电工程产生困扰和影响,分析并查明枢纽区岸坡变形破坏的类型、规模、分布差异对水电工程安全设计具有重要意义。文章以白龙江某水电站为研究对象,通过现场调查方法对其枢纽区基本工程地质条件、岸坡结构类型、岸坡不良地质灾害发育特征进行了分析,从地形地貌、岩性特征、岩体结构、岸坡应力场等方面总结出岸坡变形破坏特征及其破坏模式,在此基础上通过数值模拟方法揭示了岸坡结构变形破坏形成机理。研究表明:顺向河谷中,发育有层状同向结构岸坡、层状反向结构岸坡、层状横向结构岸坡及层状斜向结构岸坡４种类型;左岸不良地质灾害分布密度小但发育有大规模滑坡和变形体,右岸不良地质灾害分布密度大但多为小型倾倒体和松动体;枢纽区内岸坡呈现出剪切－滑移型、倾倒弯曲型、拉裂型变形破坏特征;岸坡结构变形破坏受岸坡     

唐古栋滑坡变形破坏机制及岸坡稳定性研究

结合坡体结构分析及有限差分计算,研究了唐古栋滑坡在历史上河谷下切过程中边坡应力、应变发展规律,得出了前缘缓倾坡外结构面发育类高边坡变形破坏机制可归纳为"卸荷拉裂—滑移(压致)拉裂—剪断"3段式机制的结论。基于变形破坏机制研究及数值模拟计算,分析出唐古栋滑坡上游侧变形体在楞古水电站下坝段蓄水、地震工况共同作用下,锁固段岩体内应力集中明显、塑性破坏严重,可能导致边坡整体高速失稳。     

新龙水电站库区倾倒变形体数值模拟分析

新龙水电站是雅砻江上游梯级电站开发甘孜—新龙段4级开发中的第4级电站,是以发电为主的电站。水电站右岸近坝库段大范围发育有倾倒变形体,总体积约1 600万m3。该变形体在水库蓄水后,受地下水位升高、浸泡影响,变形体岩体的抗剪强度指标降低,极易导致变形体边坡失稳,从而对大坝、泄洪(放空)洞、电站引水口等建筑物安全构成威胁。针对该倾倒变形问题,通过对倾倒变形体工程地质特性及失稳模式等分析,建立边坡离散元的数值计算模型,得出岩体倾倒变形特征和变形破坏机理发展过程,从倾倒变形体的变形特征上来看(以地震工况为例),边坡变形体破坏主要位于强倾倒变形体中,弱倾倒变形体破坏不明显。强倾倒变形体主要表现为向临空面方向发生倾倒—弯曲—拉裂—折断的变形破坏模式,先在坡脚及顶部发生剪切破坏,中间形成锁固段,后剪切贯通整体下滑,成果可为倾倒变形体的稳定性评价及工程开挖施工提供借鉴。     

班多水电站左岸Ⅰ号倾倒体破坏机制分析

分析黄河班多水电站左岸Ⅰ号倾倒体发育的地质环境和倾倒变形体的主要特征:岩层倾角自岸坡水平向里由缓变陡;倾倒、弯曲、拉裂变形显著;弹性波速较低等。根据这些特征,运用地质-力学分析法阐述倾倒体的变形机制;用离散元方法对地质原型进行模拟。分析表明倾倒体的失稳破坏方式主要以沿潜在折断面的剪切蠕滑为主,并伴以沿板理面发生错动、倾倒,最终将以滑坡形式结束整个变形过程。     

水电工程倾倒变形体发育特征及分布规律研究

本文主要依托多年来水电工程实践过程,基于21个反向坡倾倒变形体及10个顺向坡倾倒变形体的发育特征及分布规律统计,对其发育位置、发育条件、空间分布及岩性组合等方面进行系统性的分析总结。通过对31个反向坡及顺向坡的倾倒变形体发育特征的统计,得知倾倒变形体的发育特征及分布规律有:对于反向坡体,岩层倾角以40°～50°最为发育;而对于顺向坡,以30°～50°较为发育。顺向坡的坡度主要分布于41°～50°,反向坡主要分布于31°～40°;倾倒变形可发育在层状软质岩系或板裂化的坚硬岩石中,常见岩性为各类板岩、片岩、千枚岩、变质砂岩(粉砂岩)、泥岩等;大型倾倒变形体常发育在西部地区具有高山峡谷地貌景观的各江河流域,以黄河、澜沧江、雅砻江等河流的岸坡最为发育;倾倒变形体主要分布于环青藏高原东侧中山地貌中,前缘高程一般在1 500～2 000 m以上,其发育范围一般在1 500～3 000 m。     

溪洛渡库区星光三组岸坡倾倒变形成因机制分析

溪洛渡库区星光三组岸坡发生了严重的倾倒变形破坏,由原本的顺层斜坡变为反倾边坡,像星光三组这类特殊的倾倒变形体由于其成因机制与常规的倾倒变形体不同而受到了许多学者的关注。详细描述了星光三组变形体的工程地质条件、变形破坏特征,并基于数值模拟对该倾倒变形体的成因机制进行了分析。结果表明:星光三组岸坡岩层呈现软硬互层的薄层结构,该结构为倾倒变形的形成提供了物质基础;构造作用与金沙江的快速下切分别为变形体的形成提供了高水平地应力与地形条件;溪洛渡库区星光三组岸直倾倒变形演化过程可划分为卸荷变形、时效变形、灾变失稳3个阶段。     

澜沧江上游梅里石3号巨型古滑坡成因机制研究

以梅里石3号滑坡为例,经过详细工程地质勘察,定性分析了滑坡的成因机制。结果表明,该滑坡是反倾岩体倾倒变形破坏的产物,其成因机制具有一定的特殊性及研究价值。采用离散元和有限元相结合的方法,研究澜沧江快速下切过程中原始斜坡发生倾倒变形破坏的全过程,即弯曲变形、倾倒—弯曲、倾倒—折断、蠕滑—拉裂4个阶段。地质分析表明滑坡为倾倒变形体发生整体失稳形成,数值模拟中岩体倾倒变形各阶段的变形破坏特征与地质分析相互印证,与实际情况相符。     

蓄水条件下某水电工程坝址区变形体变形 与稳定性研究

库岸边坡在蓄水后的变形和稳定问题一直是水电工程的主要问题, 尤其是坝址区库岸边坡稳定性对水电工程 的正常运营起着至关重要的控制作用。针对黄河上游某水电站库岸一变形体边坡, 在对该变形体边坡基本特征分 析的基础上, 采用数值计算的手段, 对黄河上游某水电站坝址区变形体在自然及蓄水条件下稳定性进行对比分析。 结果表明: 蓄水后变形体边坡的变形具有明显的分区特征, 且坡体的变形受影响较大。同时, 利用强度折减法对变 形体的稳定性系数进行了计算, 变形体的稳定性较好, 考虑到坡体局部稳定性较差, 可能会产生局部失稳破坏, 因 此, 需采取支护措施保证该处坝址区变形体在运营期间的长期稳定性。     

水库蓄水作用下倾倒体边坡变形演化特征分析

苗尾水电站坝址区大范围发育由砂岩板岩互层的弯曲倾倒变形体,在水库蓄水后,地下水位升高,导致岩体和结构面软化,抗剪强度降低,容易引发倾倒体的持续变形甚至失稳破坏,进而可能威胁到大坝安全。针对蓄水作用下右岸坝后倾倒变形体稳定问题,采用UDEC离散元分析方法,分析了地下水位升高过程中该边坡的变形演化特征。结果表明,受坡体水位升高影响,边坡倾倒体变形将持续发展,当坡体水位达到1 390 m时,坝头坡体浅层的变形可达到8~18 mm,对大坝变形及稳定性的影响有限。建议现场加强水库蓄水期间的变形监测和地下水位监测,进一步研究水库蓄水与边坡变形演化的内在机制。     

澜沧江上游亚贡深部倾倒变形体发育特征及形成机制

西南深切河谷陡立层状的岩质边坡中常常发育大规模的倾倒变形体,并且发育深度较大,最深可达２００ｍ～３００ｍ。以澜沧江上游亚贡深部倾倒体为例,通过现场调查与平硐勘测,结合倾倒变形的工程地质研究方法,深化分析了深部倾倒变形体岩体产状变化,岩体完整程度及结构面发育特征。研究表明:该边坡内发育多处倾倒折断带,高高程岩体变形剧烈,靠近河床部位倾倒现象不明显;倾倒体的发育深度由高高程向低高程逐级降低;研究边坡的倾倒强度可分为强倾倒体与弱倾倒体;同时得出了其形成机制与卸荷回弹－弯曲变形－折断破坏的演变过程。     

具有复杂变形特征的倾倒变形岩体分带及稳定性

倾倒变形是河谷地区层状岩质边坡一种典型的变形破坏方式。星光三组倾倒变形岩体位于溪洛渡水电站库区,变形体范围内地层从寒武系筇竹寺组至志留系连续分布,碎屑岩与碳酸盐岩表现出复杂的倾倒变形特征。为全面评价变形体的稳定性,借鉴《水力发电工程地质勘察规范》,建立倾倒变形分带标准并确定各带的岩体质量级别;在此基础上,综合各类岩体的岩石室内试验成果和坝基岩体力学参数经验值,采用工程类比方法确定出各变形带不同岩性的物理力学参数;选取岸坡强变形区,运用极限平衡方法进行稳定性计算,其结果与蓄水后岸坡表现出的变形迹象吻合。研究结果对倾倒变形岩体的稳定性评价有一定的借鉴意义。     

大型抽水蓄能电站地下厂房围岩变形时效特征和反馈分析

丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群的施工期围岩变形具有量值大、时效特征明显、不同深度围岩均可能发生变形的特点。为研究该地下厂房围岩变形时效特征,基于工程地质条件和监测数据,开展围岩变形机制研究。分析结果表明:地下厂房围岩变形的分布特征和时效特性,既与围岩在开挖卸荷后所出现的岩体质量下降、围岩强度减小、岩体蚀变现象有关,也与围岩内存在节理裂隙或断层等不连续地质结构在开挖卸荷作用下易发生张开或错动有关。采用由伯格斯流变模型与带拉伸截止限的摩尔-库伦塑性屈服准则组合而成的复合黏弹塑性模型,进行围岩流变力学参数反演,获得了与监测值吻合较好的围岩变形和变形时程曲线计算结果。根据洞室群围岩开挖支护稳定性分析结果,可知截至主厂房第V层开挖支护完毕,洞周围岩局部变形和塑性区深度均较大,且塑性区贯穿主厂房和主变室洞间岩柱,围岩稳定性总体较差。因此,主厂房在第V层开挖完毕后暂停继续下挖,专门进行洞室群的系统性加强支护是必要的。     

拱坝沿建基面抗滑稳定的体安全系数及其工程应用

对于坝基岩体发育有顺坡向结构面等复杂地质条件的拱坝,通常需要核算大坝沿建基面单滑面或多个平面组成的复合滑裂面的抗滑稳定性,但目前尚无为工程界公认的计算方法,现行拱坝设计规范也未作出明确规定。本文采用非线性有限元与传统的刚体极限平衡法相结合的分析方法,将滑裂面、坝基面、临空面与结构面相互切割、组合形成的潜在滑体作为研究对象,以坝基岩体内部发育的陡倾角结构面为分界面,将滑体离散为多个按串联或并联方式排列的块体,利用各块体的静力平衡条件与相邻块体间的变形协调条件,分析滑体在拱推力等外力作用下的抗滑稳定安全系数,即体安全系数。结合小湾拱坝工程,开展大坝沿坝基岩体发育的浅层卸荷裂隙抗滑稳定性的分析计算,通过实例分析表明本文方法的合理性与工程实用性。     

三峡工程升船机及临时船闸边坡稳定性计算分析

 升船机和临时船闸的基础岩体地质条件较为复杂。在对地质和设计条件作出合理概化的基础上，采用三维弹塑性有限元计算法，分析了开挖过程中岩体的变形与应力状态，探讨了升船机和临时船闸区段中升船机北坡、上闸首、中隔墩及临时船闸南坡等各个关键部位的岩体稳定性。有限元数值分析结果表明，各个部位在开挖过程中均有1～2.54 cm的卸荷回弹，最大变形为2.54 cm，发生在升船机北坡。在高程较低的部位如两侧边坡的直立墙底部出现了明显的应力集中现象，压应力值最大可达17 MPa。在上闸首与上游引航道相连接的部位及中隔墩的顶板部位出现了拉应力区，前者的最大拉应力值为0.58 MPa，后者的最大拉应力值为1.01 MPa。     

岩锚吊车梁轮压效应的三维有限元数值分析

结合实际工程，应用三维非线性有限元法，全面考虑混凝土、围岩和锚杆三者变形对岩锚吊车梁受力状况的影响，计算分析了岩锚吊车梁在运行期轮压作用下的工作性态和稳定性，并分析了用有限元法与刚体力系平衡法计算岩锚吊车梁的差异，并指出了岩锚吊车在设计、施工中的注意事项．有限元数值分析表明，在设计最大轮压作用下岩锚吊车梁的锚杆应力较小，主要分布在梁壁接触面附近；围岩变形很小，吊车梁素混凝土局部最大拉应力为1．04MPa，梁壁接触面最大开度为0．023mm，整体稳定性具有足够的安全储备。     

Surrounding rock deformation analysis of underground caverns with multi-body finite element method

Discontinuous deformation problems are common in rock engineering.Numerical analysis methods based on system models of the discrete body can better solve these problems.One of the most effective solutions is discontinuous deformation analysis (DDA) method,but the DDA method brings about rock embedding problems when it uses the strain assumption in elastic deformation and adopts virtual springs to simulate the contact problems.The multi-body finite element method (FEM)proposed in this paper can solve the problems of contact and deformation of blocks very well because it integrates the FEM and multi-body system dynamics theory.It is therefore a complete method for solving discontinuous deformation problems through balance equations of the contact surface and for simulating the displacement of whole blocks.In this study,this method was successfully used for deformation analysis of underground caverns in stratified rock.The simulation results indicate that the multi-body FEM can show contact forces and the stress states on contact surfaces better than DDA,and that the results calculated with the multi-body FEM are more consistent with engineering practice than those calculated with DDA method.     

锦屏一级水电站码头营地危岩体的稳定性分析

锦屏一级水电站左岸码头营地边坡是由多组不规则的卸荷裂隙围限出的一较大规模的危岩体,由于滑动面并非规则平面,因此破坏面复杂。本文采用点安全系数方法评价块体的稳定性。在地质勘测的基础上建立块体的数值计算模型,计算滑动面的应力值(含正应力和剪应力),由库伦准则定义出沿可能滑移方向的点安全系数。通过点安全系数的分布评价块体的失稳机理,通过点安全系数对破坏面的加权平均值评价块体的整体稳定性。计算结果表明,危岩体点安全系数分布符合宏观变形特征,整体安全系数不满足设计要求,经施加4 800t支护力加固后,整个围岩体的稳定性满足设计要求。     

建基面岩体表层低波速带分布特征及其成因

坝基开挖后,表层岩体会产生松弛卸荷现象,引起表层岩体声波波速明显降低,在表层形成低波速带。某水电站坝基左岸表层低波速带空间分布特征分析结果表明:坝基岩体表层低波速带的空间分布呈层状,局部出现异常深度;坝基表层低波速带在空间上的分布状况与表层岩体浅表生时效变形、建基面地质构造等因素有关。     

重力坝廊道周边应力有限元分析

结合清峪水库重力坝工程设计廊道配筋研究课题,采用ANSYS有限元软件,建立考虑地基变形影响的坝体廊道平面有限元分析模型。通过计算分析,获得了廊道周边应力分布特性和基岩弹性模量对坝基灌浆廊道最大拉应力的影响规律。对比有限元与无限域中标准廊道的计算成果,得到了标准廊道计算成果的适用条件及其拉应力、拉应力合力随基岩坝体弹模比的关系曲线。