基岩稳定的地质力学模型试验与有限元分析——二滩水电站右坝肩稳定分析

本文综述了七年来,对二滩水电站拱坝坝肩稳定进行的分析研究工作成果和方法,研究成果主要有: (1) 运用二十个地质力学模型试验分析坝肩稳定的安全度;分析软弱带即纤闪石化玄武岩对坝肩稳定的影响,探求对它的处理方案,研究河岸风化卸荷带利用和减少开挖的可能性,选择优化的大坝建基面,分析了坝与基础的共同作用。 (2) 运用有限元方法,计算坝肩稳定的安全度,破坏机制,以便和模型试验相对比。本文综述了1/250比例模型的相似律:用4520块石膏块体做成了比例模型,模拟了岩体的块体结构,纤闪石化软弱带及岩体的三组裂隙节理和断裂。本文提出了石膏块体比例相似模拟岩体结构的关系及尺寸效应,弹塑性及脆性材料试验方法等,还提出了连续破坏的记录。本文用20个模型的相互对比方法,得出了坝肩稳定的安全度及锚索方案,混凝土置换,高压灌浆等处理方案的可能性;比较了抛物线拱坝,不同坝型拱坝的稳定度,认为在这里修筑拱坝是可行的。本文还综述了有限元方法计算稳定的弹性模型,弹塑性-脆性模型,两者做了比较,计算结果与实验成果基本一致。     

地质力学模型试验在某拱坝稳定分析中的应用

采用三维地质力学模型试验技术,研究某双曲拱坝坝基内的软弱夹层和裂隙对坝体整体稳定性的影响,以及在超载情况下的坝体的破坏形式和破坏发展过程,从而对大坝的安全性作出了科学评价。     

拱坝坝肩岩体稳定地质力学模型试验

保证坝肩岩体稳定是拱坝设计和建设中的重要问题。由于岩体通常是非均匀、非弹性的不连续体,故其三维稳定性分析十分复杂。利用能反映地质构造特点的地质力学模型试验研究拱坝坝肩岩体稳定是一种较新的有效方法。本文论述了拱坝坝肩稳定的类型及性质、地质力学模型试验的原理和方法以及试验技术问题。文中并介绍了为国内一座大型重力拱坝进行的坝肩稳定三维小块体地质力学模型试验研究成果,分析了该坝左坝肩在水压超载条件下的破坏机理,指出它与通常采用的刚体极限平衡理论分析结果差异较大。     

锦屏高边坡稳定三维地质力学模型试验研究

在水利工程中,怎样评价坝肩开挖后的高边坡稳定性一直是人们关注的问题.针对锦屏一级水电站拱坝左岸高边坡,提出一种整体转动边坡模型,模拟边坡发生开裂破坏的三维试验方法.转动该模型的边坡角度就可以不断改变自重场和下滑力,从而评价边坡的安全度.试验结果显示:(1) 主要开裂变形及倾倒破坏大部分发生在锚固边界区域.断层f5,f8,f42-9,裂隙密集带SL44-1及煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳;(2) 边坡开裂的安全度K1为1.92,整体极限安全度K2为3.26;(3) 左坝肩上部高程的大面积锚索加固措施,及坝顶平台(1 885 m)以上开挖减载作用,使抗滑稳定安全度提高非常有效,增加了边坡的整体安全度;(4) 所建议的高边坡破坏物理试验方法可以有效评价类似岩质高边坡的整体稳定性.     

拱坝坝肩稳定的地质力学整体模型试验研究

本文介绍了国内某拱坝基础未加处理时的整体抗滑稳定三维小块体拼砌的地质力学模型试验研究情况。其中包括模型的设计和制作、测点布置和加荷量测,试验成果及分析等。还分析了拱坝及两坝肩山体在漫坝超水头作用下的超载能力及其破坏机理,并指出了影响该工程安全的主要因素及薄弱部位。     

小湾高拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

 结合小湾高拱坝坝肩坝基的地形、地质特征、软弱结构面分布状况、浅层松弛卸荷现象以及加固处理方案,建立三维地质力学模型,研制主要断层的变温相似材料,运用超载与降强相结合的综合法对整体模型进行破坏试验。通过试验获得小湾拱坝坝肩坝基的变形特征、失稳的破坏过程、破坏形态及破坏机制,得到强度储备系数为1.2,超载系数为3.3～3.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定综合法试验安全系数为3.96～4.20。对试验数据的综合分析得出,两坝肩中上部高程部位由于对断层和蚀变带采用了混凝土洞塞置换,其变位相对较小,破坏形态和破坏范围相对较轻,说明混凝土加固洞塞置换起到较好的加固效果。根据试验显示的破坏形态和破坏区域,建议对右坝肩下游1 245 m高程以上的断层F11和F10做一定范围的处理,对左坝肩推力墩以上部分岩体进行适当的加固处理。     

木里河立洲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

采用三维地质力学模型超载法试验,对立洲拱坝的整体稳定性进行研究,在模型中充分反映断层、层间剪切带、裂隙密集带及长大裂隙等复杂地质构造对拱坝与地基整体稳定性的影响。通过超载法破坏试验获得坝体、坝肩、坝基岩体及结构面的变形特征、破坏失稳过程、破坏形态和破坏机制,揭示影响稳定的控制性因素和工程薄弱部位,确定拱坝与地基在各阶段的超载安全系数为：起裂超载安全系数K1 = 1.4～2.2,非线性变形超载安全系数K2 = 3.4～4.3,极限超载安全系数K3 = 6.3～6.6。通过对比分析类似拱坝工程的超载法试验结果可知,立洲拱坝的超载安全系数在统计分布范围之内,但两坝肩中上部的岩体和结构面局部破坏较严重,需对这些薄弱部位进行重点加固处理,以进一步提高坝与地基的整体稳定安全性。     

岩盐地下油气储库群稳定分析及连锁破坏的地质力学模型试验

层状盐岩中油气储库群的整体稳定及其连锁破坏机制的研究对油气储库的安全运行有着及其重要的意义。采用小块体和低强度黏接剂建立地下储库的地质力学模型,以小块体来模拟岩体的变形特性,块体之间的低强度黏接剂模拟岩体的强度特性。泥岩夹层采用脱水石膏薄片模拟。模拟四洞室储库群在不同压强下的注采循环过程。通过埋设在模型内部的位移计和应变片自动跟踪监测洞室群及基础的位移和应变随注采压强的变化规律,研究采气方式、内压大小和泥岩夹层对储库群整体稳定性的影响。结果表明,单溶腔采注气对洞室群稳定性和连锁破坏有显著影响,泥岩夹层对洞群稳定影响很小。     

高拱坝坝肩坝基整体稳定地质力学模型试验研究

锦屏一级水电站是雅砻江干流上的重要梯级电站。工程主要开发任务是发电，同时还兼有拦沙、防洪、蓄能作用。该工程大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高305m，为目前世界上最高拱坝。坝址区地质构造复杂，两岸谷坡为近千米的高陡边坡，两坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面，对拱坝坝肩坝基稳定带来不利影响。采用三维整体地质力学模型试验研究方法，研究了锦屏一级高拱坝坝肩坝基的整体稳定性。试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素，既考虑拱坝上游超载情况，同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响，为此研制了适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术，并在一个模型上进行了强度储备与超载相结合的综合法试验。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理，确定了拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为4．7～5．0，评价了工程的安全性，并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。     

大岗山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

针对大岗山双曲拱坝的工程地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,研究坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程和机制.试验过程模拟大坝基础的不连续岩体条件、岩体力学特性和整体双曲拱坝.试验考虑拱坝上游超载情况,同时还模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行强度储备与超载相结合的综合法试验.试验结果给出拱坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得坝体和坝肩的变形及分布特征、内部断层典型测点的相对位移,揭示拱坝坝体和坝基失稳前后裂缝发展的全过程及其破坏机制.得到强度储备系数为1.25,超载系数为4.0～4.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为5.0～5.6.对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并针对坝肩的薄弱环节提出加固处理措施建议.     

地质力学模型试验技术应用研究

介绍了地质力学模型试验技术的新近研究成果，内容包括获国家科技进步一等奖的PYD-50三向加载地质力学模型试验装置、获国家科技进步三等奖的拉．压真三轴仪和YD-A型岩土工程多功能模拟试验装置等模型试验设备的主要功能、特点，并简要介绍了与上述试验设备配套使用的多项模拟试验技术研制情况，包括岩体介质材料的模拟技术、喷锚支护施工工艺过程模拟技术、岩体介质变形量测技术、模型平面变形控制技术、模型边界柔性加载与横向变形同步技术等试验技术及其在工程中的应用情况。     

大型分岔隧道围岩稳定与支护 三维地质力学模型试验研究

 分岔式隧道是一种新型隧道结构型式，目前尚无相应的设计、施工技术规范和标准可循，为了解这种新型隧道结构的应力和变形状况，采用三维地质力学模型试验方法对目前在建的沪蓉西高速公路大型分岔隧道进行研究。试验成果有效地揭示分岔隧道洞周的应力、位移变化规律和分岔隧道围岩的破坏机制，获得分岔隧道的设计和极限承载安全度，为分岔隧道的优化设计和施工提供了有工程指导意义的建议和结论。     

新型地质力学模型试验相似材料的研制

正确选择相似材料是能否正确模拟工程原型的关键。在调研相似材料研究现状的基础上，分析相似材料选择与组合的原则。借鉴前人的经验，通过大量的配比试验，研制出一种新型的相似材料铁晶砂胶结料（IBSCM），这种材料用铁精粉、重晶石粉、石英砂作为骨料，松香、酒精溶液作为胶结剂，石膏作为调节剂混合而成。材料力学试验表明，新材料具有容重高、抗压强度与弹性模量低、性能稳定、易于购买，价格便宜、易干燥、易于加工堆砌以及可重复使用的特点，可模拟范围较广的岩体材料，是一种比较理想的地质力学模型相似材料。     

基于地质力学模型试验的大岗山拱坝整体稳定性分析

 地质力学模型试验是研究拱坝整体稳定性的有效方法,采用250∶1的模型比例尺对有基础处理的大岗山拱坝进行三维地质力学模型试验。通过小块体砌筑技术模拟裂隙岩体的变形和强度、坝基不连续结构面以及坝基处理措施;通过油压千斤顶加载系统施加坝面水荷载;采用的数据采集系统能及时、高效地测量坝面应变、坝基岩体外部位移和内部相对位移,并自动存储数据。采用超载水容重法进行超载破坏试验,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律以及坝体和坝基岩体的开裂破坏过程。采用3个特征超载安全系数K1,K2和K3对大岗山拱坝整体稳定性进行评价。通过地质力学模型试验和基于变形加固理论的三维数值模拟对比分析表明,大岗山拱坝整体稳定性较高,并得到对拱坝–坝基整体稳定起控制性作用的部位。     

地质力学模型试验新技术研究进展及工程应用

 介绍地质力学模型试验的研究进展,包括新型相似材料、组合式模型试验装置及应变、位移量测新技术。新型相似材料能更好地模拟工程岩体,且价格低、易干燥、可重复利用。研制的新型组合式模型试验台可自由组装、刚度大、整体稳定性好,液压加载系统可实现自动伺服控制和梯度加载。应变测试采用先进的高速静态应变采集分析系统和光纤测试技术,模型内部位移采用研制的光栅式微型多点位移计测量,隧洞表面位移采用内卡规、摄影测量和CCD激光位移传感器测量。上述测量手段具有自动化、高精度、受干扰小的特点,可得到更精确的试验结果。最后,以工程为例说明地质力学模型试验在分岔隧道研究中的应用。     

基于拉丁方理论的地质力学模型试验设计

拉丁方(Latin Square)设计是一种优良的科学研究方法,可以由较少的试验数据获得较多的科学信息。以拉丁方试验设计理论为基础,对地质力学模型试验进行研究。介绍了拉丁方阵在地质力学模型试验中的应用,并引入一种编制试验计划的方法,同时提供了使用此类方法设计试验时,处理与检验试验结果的依据。最后,用一个算例详述了使用拉丁方阵法设计试验的具体操作步骤,检验了该方法的准确性。拉丁方阵在试验设计中具有简便、实用的优点,对地质力学模型试验具有一定应用价值。     

ETFE气枕模型试验与有限元分析

通过2 m×2 m的ETFE气枕模型试验,进行了气枕形状测试、充气加压测试和气压一定的加载测试。通过在上下膜面画上一组刻线,测量膜面在充气过程中刻线长度的变化,进而求得膜面应力的变化。基于膜面应力和气枕矢高的试验测试值与几何非线性有限元分析结果比较,验证了ETFE气枕有限元模拟方法的正确性。研究表明：由于ETFE气枕充气过程中膜材伸展率较大,膜面粘贴应变传感器很难捕捉准确的膜面应力,采用膜面画刻线的方法可以用于测试ETFE充气结构的膜面应力;立体裁剪的ETFE气枕,充气成形过程中,膜面基本展开时零应力状态下,膜面角部区域已张紧,具有初始应力,因此,角部区域膜面应力测试时需给予初应力补偿;ETFE膜材热熔焊缝相当于膜材局部加强,顺焊缝及垂直焊缝的实测应力小于按均匀材料计算的应力,但对整体充气膜面应力的影响很小;膜面应力和气枕矢高的试验测试值与有限元分析值基本吻合。     

对《拱坝坝肩稳定的地质力学整体模型试验研究》一文的讨论

<正> 原文论述了某拱坝天然基础时三维小块体地质力学模型的试验研究成果。文中介绍了有关的相似准则、模型材料和试验方法,并分析了坝体及其两坝肩的承载能力和破坏机理。该坝最大坝高177m,模型比例为1:200,而且坝肩地质构造比较复杂,到目前为止,这是国内已完成的规模最大的拱坝地质力学模型试验。这项试验工作在发展大型地质力学模型试验技术方面作出了贡献。 这项试验工作还为该工程提供了研究成果。指出左岸山体单薄,左岸山体的变位大于右岸,并指出左岸F_(73)、F_(71)断层出现较大压缩变形;且左岸上游G_4伟晶岩劈理带出现向山体内延伸较深的张性裂缝;并建议采取有效的补强措施加固坝肩。笔者曾对该拱坝的两个高程,即560m和540m高程进行过七个平面模型试验,亦曾得出相似的结论。     

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型试验研究

通过以微震和百分表位移为主要试验量测手段的地质力学模型试验,对三峡库区千将坪滑坡进行滑坡机制和利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性研究。试验结果表明,蓄水前的强降雨对滑坡稳定性影响微弱或基本无影响,水库蓄水引起的浮托力作用仅使滑坡产生蠕滑变形,滑带被水浸泡弱化强度降低是滑坡真正的致滑原因。试验记录的微震事件较清晰地反映滑坡变形破裂破坏过程,并揭示滑带破裂贯通总体上具有自滑坡前缘逐步向滑坡中部发展的规律,从试验角度论证利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性。     

地质力学模型试验方法与变温相似模型材料研究

研究新型地质力学模型材料是研究高坝和地基稳定物理模拟的关键技术问题之一,对高坝建设具有重要理论意义和工程应用价值.介绍地质力学模型试验新型模型材料--变温相似材料和试验方法,推导超载法、强度储备法和综合法的安全度公式,并阐述其物理意义.材料试验研究结果表明,变温相似材料的抗剪断强度、黏聚力和摩擦因数等力学指标随着温度的升高而逐步降低,与温度变化成反比关系;在模型试验中通过升高模型材料温度的方式来降低材料的力学指标,从而能在一个模型上实现强度储备法和综合试验法;温度场对试验变位结果影响约为6%,对应力结果影响为-6%～9%,且温度变化越小,其影响程度越小.该材料及其试验新技术已成功应用于锦屏一级和大岗山等高拱坝的地质力学模型试验,具有良好的应用价值和工程实用意义.