锦屏I级水电站左岸坝肩边坡施工期破坏模式及稳定性分析

 由于具有复杂的地质结构,岩石高边坡的变形破坏机制和失稳模式非常复杂。首先采用底摩擦试验研究锦屏I级水电站左岸工程边坡在工程开挖过程中的变形破坏模式。试验结果表明：(1) 变形破坏模式为滑移–拉裂式;(2) 岩体被煌斑岩脉X和f42–9断层共同切割形成不稳定块体,并发生失稳破坏。在此基础上,充分利用FLAC3D软件模拟边坡开挖变形的强大功能,分析边坡在开挖过程中可能的变形失稳模式。数值结果显示,f5,f8,f42–9断层以及裂隙密集带SL44–1和煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳。然后,通过有限元强度折减法计算得到工程边坡在不同工况下的安全系数：天然状态下边坡安全系数为1.277;开挖工况下边坡安全系数为1.152;施加支护措施后边坡安全系数为1.385。     

锦屏一级水电站左岸坝肩高边坡长期稳定性数值分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高边坡长期稳定性事关该水电站的正常安全运营。为充分掌握左岸岩石高边坡长期稳定性,建立了含f5,f8,f2,f42–9和煌斑岩脉X等软弱结构面的地质力学模型,并采用西原模型及有限差分数值计算方法,模拟正常蓄水位下左岸边坡岩体的长期力学行为。数值分析结果显示:左岸坝肩高边坡蠕变数值计算结果与现场监测数据总体位移变化趋势基本一致;经过一段时间后,边坡岩体蠕变位移变化基本趋于稳定,蠕变速率逐渐趋于恒定,西原模型可以反映锦屏一级水电站左岸边坡岩体的蠕变变形特性;在f5,f8,f2,f42–9和煌斑岩脉X出露区域以及开口线外危岩体边坡、1 960 m高程以上缆机平台边坡、1 885~1 960 m高程开挖边坡、"大块体"、PD44X平洞深部岩体等部位的蠕变位移变化比较明显;特别是拱肩槽1 730 m高程开挖平台与软弱结构面交汇部位,由于受到拱坝的拱端推力作用,蠕变变形更为明显,应重点关注,加强监测力度。     

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.     

锦屏一级水电站左岸边坡稳定综合预报研究

 在总结国内外有关滑(边)坡预测预报成果的基础上,对其适用性及使用条件进行深入研究。针对锦屏一级水电站左岸高边坡的边坡类型、边坡特征、变形特点和变形机制,在监测成果的基础上,对其进行综合预报,空间上判断左岸拱肩边坡由断层F5,f42–9、深部裂缝SL44–1及煌斑岩脉X互相组合,形成可能边坡失稳块体的边界条件、楔型体滑移失稳模式;时间上采用统计模型及非线性模型多种方法联合预报,根据边坡变形时序曲线的形态及变形速率指出：边坡目前处在缓慢蠕动至匀速变形阶段,变形速率小于0.05 mm/d。设计出适合锦屏一级水电站边坡的综合预测预报模型,初步给定边坡4项预警临界值,为边坡开挖工作的顺利开展提供科学的依据。     

锦屏一级水电站左岸坝肩复杂地质条件高陡边坡处理

 针对锦屏一级水电站坝岸边坡倾倒变形和拉裂破碎岩体,全坡面采用锚喷支护加框格梁网格结合深层锚索加固。针对由f42–9断层、SL44–1深部裂缝和煌斑岩脉X组成的、控制左岸边坡整体稳定的潜在大滑块,设置3层抗剪洞,并通过在坡面布置穿过断层的深层锚索进行加固处理。施工过程中建立“动态设计、科研跟踪、安全监测与反馈分析、信息化动态治理”的理念和机制,根据开挖揭示的地质条件和安全监测资料,结合施工情况,跟踪开展边坡稳定分析与安全监测实时分析,开展设计优化并严格控制施工程序,保证左岸坝肩边坡安全顺利下挖。     

双江口水电站主厂房开挖初期围岩变形破裂与稳定性分析研究

双江口水电站主厂房初步开挖过程中脆性破坏现象明显,煌斑岩脉影响洞段围岩变形问题突出。为此,在主厂房初期开挖结束之后,综合围岩变形多点位移计监测、围岩裂隙钻孔成像观测、地下厂房开挖过程数值仿真和煌斑岩脉对局部洞段变形影响的3DEC模拟等手段,提出基于围岩松动圈与厂房截面面积的洞室稳定性评价方法,对围岩变形破裂特征及其稳定性开展深入研究。结果表明:第一层开挖后主厂房围岩变形整体较小,但顶拱下沉相对较大。高应力下硬性花岗岩围岩时效性变形特征不明显,围岩变形主要受开挖掌子面影响,掌子面对煌斑岩脉影响洞段变形的控制作用范围约为1.5倍洞室跨度;此外,当前层开挖围岩浅部和深部均有裂隙分布,岩脉与均质岩石交界处开裂现象严重;开挖卸荷导致煌斑岩脉与其上盘岩层错动,产生剪切变形,致使该区域顶拱变形过大;增设完全穿过煌斑岩脉的锚索这一局部加固支护措施十分有效,显著改善了相关洞段的稳定性。研究成果将为该水电站后续开挖支护方案的优化及局部失稳部位加固措施的选择提供重要依据。     

基于三维数值模拟和微震监测的水工岩质边坡稳定性分析

建立以微震监测为主、应力场分析为辅的水工岩质边坡稳定性分析方法。利用RFPA3D分析软件,研究三维条件下锦屏一级水电站左岸岩质边坡破坏过程微破裂的萌生、演化、扩展、相互作用和贯通机制,揭示边坡整体失稳破坏模式,探讨岩质边坡渐进失稳破坏过程应力场和微震活动性空间演化基本规律,形成从细观损伤演化过程揭示宏观岩体结构破坏的研究方法。研究结果表明：断层F5,F2和煌斑岩脉X等软弱结构面是控制左岸边坡破坏模式的关键因素之一,RFPA3D离心加载法得到的边坡潜在滑移面及声发射与微震监测系统得到的岩石微破裂空间宏观演化趋势比较一致。     

长河坝水电站右坝肩边坡裂缝成因分析

 大渡河长河坝水电站右岸坝肩边坡属于高陡岩质边坡,在开挖过程中先后出现16条贯通性裂缝,对边坡稳定与后续施工安全均存在影响。结合工程地质条件、岩体结构特征与监测成果,确定坡体的主要变形区域和主滑方向,分析坡体变形与裂缝形成的主要成因,以及边坡的潜在失稳模式,提出进一步开挖与支护建议。开挖使J1组结构面临空,导致边坡下部岩体沿J1组结构面产生剪切滑移变形,上部岩体沿J4组结构面产生拉裂,坡顶板裂状岩体倾倒变形;F0断层及其下盘岩体压缩变形,上盘岩体下沉加剧这种变形破裂。边坡变形破坏模式为前缘滑移–中部拉裂–后缘倾倒型破坏。采取强化加固措施后,裂缝变形得到控制,边坡基本达到稳定要求。     

中等倾角顺层边坡地下开挖失稳模式研究

研究地下开挖条件下中等倾角顺层岩质边坡的失稳模式,可为相似地形的边坡防护设计提供依据。通过UDEC数值模拟和相似模型试验分析边坡开挖后的位移数据,揭示了地下开挖条件下中等倾角顺层边坡的变形特征。结果表明:开挖区近坡顶侧的岩体所受开挖影响较大,开挖区上方岩体塌落导致坡表塌陷,并带动后方坡体产生顺层滑移。其失稳模式为坍塌—滑坡破坏,工程人员应在开挖工程中对开挖区顶部进行喷浆支护并对后方坡体进行锚杆支护防止灾害产生。     

基于非连续变形分析的岩质高边坡稳定性评价

针对岩质高边坡的滑坡失稳的典型破坏形式,采用非连续变形分析(DDA)这一数值分析方法,结合某高速公路岩质高边坡工程实例,建立计算模型,深入研究边坡岩体的结构面参数与边坡变形的相互关系,分析不同工况下边坡块体的极限内摩擦角和稳定安全系数,进而评价边坡的稳定性,结果表明与边坡稳定实际情况基本吻合。     

岩质边坡微震活动特征及其施工响应分析

 岩石高边坡稳定性是水电工程建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸边坡地应力高,断层裂隙发育,岩体卸荷深度大,地质条件复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题十分突出。介绍左岸边坡微震活动特征,并对开挖卸荷过程微震活动性时空分布规律以及与不同时段、区域的施工工况进行对比分析,对岩石微破裂萌生、发育、扩展、聚集趋势与岩体损伤关系进行探讨,得到左岸边坡微震活动与施工响应之间的相互关系。结果表明：大坝基坑、煌斑岩脉置换斜井、1 670 m雾化区边坡排水廊道开挖和边坡弱层固结灌浆引起的深部岩体卸荷松弛而诱致微震活动性,可以很好地揭示和反映现场施工工况。研究成果可供其他类似岩质高边坡工程借鉴、参考。     

锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究

介绍锦屏一级水电站高边坡工程整体的模型试验方法,以检验和评价该工程的整体实效与稳定性。根据现场高边坡实际开挖工程、已完成支护及工程地质等条件,建立三维地质力学模型,采取施加上部荷载和底部动荷载方式,模拟和测试该边坡在上部山体正常荷载作用下边坡工程的稳定性、爆破振动荷载作用下的边坡工程稳定性,以及超常荷载作用下边坡工程的破坏过程与安全度。试验与分析结果表明,正常荷载应力作用下,该高边坡工程变形较小,边坡无破坏且稳定;在下部爆破振动工况下,未出现边坡及支护开裂与破坏,而在不断增加的超载作用下,边坡最终发生开裂和失稳破坏,且裂缝主要出现在锚固区之外。试验给出边坡变形及破坏的全过程,定量分析边坡变形和应力变化规律,探明边坡应力、变形及破坏趋势。研究结果表明,前期完成的高边坡支护工程是有效的,整个边坡在目前工况下是稳定的,并对边坡安全提出建议:后期边坡工程应有足够锚固强度,避免损伤岩体,加强长期现场监测与信息反馈。此模型试验具有重要的工程意义及实际价值。     

锦屏一级水电站左岸边坡微震监测系统及其工程应用

锦屏一级水电站坝区山高坡陡,两岸山体地应力高,左岸存在深部裂缝、低波速松弛岩体、煌斑岩脉(X)及f2,f5断层等复杂地质条件。为对左岸边坡深部岩体微震活动性进行实时监测和分析,2009年6月该边坡安装加拿大ESG公司生产的微震监测系统。通过构建左岸边坡三维地质模型和优化传感器布设方案,采用人工定点爆破试验对监测系统定位性能进行测试,结果显示在传感器阵列范围内的震源定位误差小于12m,证明系统具有较高的定位精度。对拾取的事件波形进行分析和聚类研究,给出系统运行以来微震事件的时空分布规律,初步圈定左岸边坡微震活动引起的深部岩体变形区域,并结合RFPA有限元软件对比研究边坡应力场和潜在滑裂面。研究结果表明,该边坡微震监测系统的设计和实施满足深部岩体变形的全局监测,能够识别左岸边坡可能存在的潜在岩体破坏区域和滑移面,为边坡后期生产性灌浆以及加固处理提供一些参考,也为高岩质边坡稳定性分析提供一个新的研究思路。     

泸定大渡河桥隧道锚边坡稳定性三维数值分析

为了对泸定大渡河悬索桥隧道式锚碇边坡的稳定性进行深入分析,基于坡体结构特征并考虑施工过程,采用FLAC3D数值模拟软件对该边坡在主缆超张拉、暴雨、地震等不同工况下的坡体变形及潜在失稳模式进行了三维模拟分析。结果表明:静力条件下不同缆力对隧道锚边坡浅表层的变形及其失稳破坏模式几乎没有影响,不同缆力作用下浅表层安全系数为1.45;随着缆力的增大,锚碇周围深部岩体安全系数逐渐变小(3.75→3.55→3.2→2.9),且深部岩体潜在滑面与缆力作用线的夹角逐渐变小;除了在地震工况下坡体表面稳定性较差之外,其他工况边坡稳定性、隧道及隧道锚稳定性均较好;隧道、隧道锚及桩基承台的施工对边坡稳定性影响较小,边坡支挡结构的施作有效提高了边坡稳定性。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。     

我国西南某水电站右岸边坡变形破坏特征及机理

我国西南及西部地区受青藏高原隆升、河流下切等因素影响,地形起伏大,岩体完整性差,水电工程等人类活动形成高切坡在特定的条件下易发生失稳破坏,威胁生命财产安全。其中,2015年2月发生于我国西南某水电站右岸导流明渠段边坡的失稳是一例非常典型的边坡破坏现象,基于边坡变形失稳过程,通过赤平投影等工程地质方法,研究其边坡地形、岩体结构、强度特征,分析变形破坏机理,认为导致其失稳破坏的主要因素包括边坡地形高陡、倾倒变形、岩体强度差以及不利的构造带等内因,边坡开挖和雨雪融化则加剧了边坡的变形现状,最后造成失稳破坏。     

基于FLAC3D的多台阶岩质边坡的稳定性分析

为掌握多台阶岩质边坡在开挖过程中的动态变形特性及预应力锚索加固对其稳定性的影响,以具体岩质边坡工程为例,利用FLAC3D模拟分析其在开挖过程中及形成后的变形特征;对比分析两种加固方案时的加固效应。研究结果表明,开挖易使局部岩体发生破坏;预应力锚索的使用使岩体边坡的安全系数提高了21.3%;采用边开挖边支护方案能很好地约束岩体水平位移,并可有效改善边坡的应力分布。     

基于GEO-Slope方法的危岩体边坡稳定性研究

水能资源富集的西部地区,深切河谷高陡岸坡稳定性问题严重制约了水电建设项目的顺利进行。锦屏一级水电站的高陡边坡稳定性问题十分突出,其左岸1#危岩体边坡即为典型案例之一。1#危岩体边坡为缆机平台边坡,其稳定与否直接关系到缆机平台的顺利开挖。本文运用GEO-Slope方法对其进行了稳定性研究,结果表明,其潜在失稳范围的后缘边界为黄斑岩脉X,底边界为f_(LL2)断层。开挖后该范围块体基本处于极限平衡状态,再加上施工扰动,基本不能自稳,因此建议在开挖前采取相应的支护措施。     

湘南某市政公路边坡失稳原因及稳定性分析

通过对边坡的地层岩性、岩体结构和边坡开挖等因素的分析研究,阐述了其失稳原因,揭示了其蠕滑—弯曲的滑移复合变形破坏模式,采用二维有限元及稳定性分析,以验证上述变形破坏模型。     

爆破开挖对边坡岩体裂纹扩展的扰动机制

 爆破开挖是导致边坡节理岩体开裂甚至失稳的重要影响因素之一。基于断裂动力学理论,研究了爆破开挖对边坡岩体裂纹失稳扩展的扰动作用,分析了开挖扰动下地应力卸荷和爆炸应力波对裂纹尖端应力强度因子及其裂纹失稳扩展模式的影响。结果表明,爆炸应力波与地应力共同决定了边坡岩体裂纹的失稳扩展模式,初始地应力作用下边坡岩体裂纹的扩展模式主要为I-II压剪复合型;爆破开挖所产生的卸荷效应将改变初始地应力的状态,可使裂纹的扩展模式由I-II压剪复合型转变为I-II拉剪复合型,导致裂纹更容易失稳扩展,且卸荷程度越大,裂纹越容易失稳扩展;爆炸应力波的作用将增加岩体裂纹的失稳扩展风险。