西南某电站坝基柱状节理玄武岩松弛特性研究

柱状节理玄武岩因其特殊的岩体结构,开挖卸荷后易松弛、岩体力学参数降低,对工程建设不利。因此,研究柱状节理玄武岩的松弛特性,对柱状节理玄武岩的开挖、支护设计有着重要意义。通过岩体声波测试,分析西南某电站坝基在开挖过程中柱状节理玄武岩的松弛特性,总结了开挖卸荷后坝基柱状节理玄武岩在松弛深度、松弛岩体时空分布、松弛程度等方面的规律,为工程设计提供了可靠依据。     

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。     

柱状节理玄武岩爆破开挖现场试验研究——以白鹤滩水电站为例

为了确定适合柱状节理玄武岩开挖的爆破参数,研究爆破开挖对柱状节理岩体区域造成的损伤,选择与工程条件相近的梯段,进行了较大开挖规模的坝基柱状节理玄武岩光面爆破与预裂爆破对比试验。结果表明,在相同的爆破参数下,柱状节理岩体在爆破前后损伤深度一般大于非柱状节理;对于柱状节理,光面爆破较预裂爆破的振动大,爆前爆后损伤深度也较大;通过爆破参数的调整,可以减小爆破开挖对柱状节理岩体区域造成的损伤深度。试验研究结果可为柱状节理岩体爆破开挖的优化施工提供依据。     

岩体原位试验新技术在水工复杂岩体工程中的应用综述

为解决复杂岩石力学问题,研发了复杂应力路径岩体高压真三轴原位试验技术及流变试验技术、岩体原位大尺度模型试验技术以及岩体破裂扩展精细探测技术等岩体原位试验新技术,并将其应用于白鹤滩柱状节理玄武岩修建高拱坝适宜性、锦屏二级引水隧洞高应力条件下深埋岩体力学特性、乌江构皮滩垂直升船机软岩地基长期变形预测等水工复杂岩体工程关键技术问题的研究。主要研究成果为:①针对高地应力岩体和地下洞室开挖复杂应力路径岩体的变形破坏问题,获得了柱状节理玄武岩、深埋大理岩考虑中间主应力影响的非线性强度准则的强度参数;②针对高应力、复杂应力路径条件下复杂结构岩体的流变特性问题,获得了深埋大理岩流变参数;③针对柱状节理玄武岩松弛特性及预应力锚固防松弛措施,实现了柱状节理玄武岩开挖松弛过程以及岩体真三轴试验破坏过程声发射精细探测;④针对构皮滩超高垂直升船机桩-软岩复合地基长期变形问题,获得了桩-软岩复合地基流变参数。该成果提升了岩体原位试验技术水平,发展了岩石力学基础理论,对解决水工复杂条件下的岩石力学新问题提供了技术支撑。     

白鹤滩水电站导流洞柱状节理玄武岩变形特性分析

在白鹤滩导流洞柱状节理玄武岩已开挖施工的洞段,出现多处局部岩体松弛破裂和垮塌现象。经深入研究玄武岩柱状节理变形特性,根据对开挖、支护阶段围岩变形、锚杆应力、松弛深度检测的成果,对比分析开挖阶段围岩变形差异,提出了支护方式与时机选择,为导流洞的开挖与支护提供了技术支撑。     

不规则柱状节理玄武岩变形参数反分析研究

在力学分析时,柱状节理玄武岩可视为玄武岩刚性材料与节理面接触材料的复合型二元介质,其物理力学特性主要由节理面控制。同时,节理面法向刚度K n和切向刚度K s选取标准直接影响到等效岩体变形模量。结合白鹤滩水电站坝址区柱状节理玄武岩原位变形载荷试验,基于广义回归神经网络(GRNN)及三维离散元模拟(3DEC)方法进行节理变形参数的反分析,分析计算结果与实测结果吻合较好。     

节理岩体单轴瞬态卸荷动态响应机理

为了研究深部节理岩体开挖瞬态卸荷力学响应及变形损伤规律,通过理论分析、室内试验、数值分析等技术手段,深入研究了深部节理岩体开挖中的瞬态卸荷力学机理及动力响应,探讨了瞬态卸荷和节理的相互作用机制,建立了可描述现场原位试验的数值模型。结果表明：在单轴瞬态卸荷的第1阶段中,岩体内不会产生拉应力,而在第2阶段中,反射拉伸应力波将动能完全转化为弹性势能,导致岩体内产生拉应力;当有节理存在时,卸载波会在节理处产生透反射现象,导致节理张开量与节理刚度呈负相关;在节理岩体的单轴瞬态卸荷第2阶段中,反射拉伸应力波传递至节理时,会导致节理大幅度张开,诱发岩体的位移突变现象。研究结果对于深入了解单轴瞬态卸荷作用下岩体的力学响应机制具有重要意义,为开展深部岩体瞬态卸荷研究提供了重要的参考依据。     

浅析水电站左岸坝基柱状节理玄武岩保护层开挖精细爆破技术

白鹤滩水电站拱坝基础分布第一类柱状节理玄武岩,第一类柱状节理玄武岩微裂隙发育、层内发育多条缓倾层内错动带,开挖后岩体易松弛。开展柱状节理玄武岩开挖爆破生产性试验,总结并推荐柱状节理玄武岩开挖爆破参数,施工中动态优化保护层开挖爆破参数、施工工序精细控制和精细爆破技术,确保白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理玄武岩保护层开挖施工质量满足设计要求。     

地下洞室开挖的变形预报

各类岩体,在开挖过程中产生明显不同的变形。岩体破坏及岩体支护的要求,在较大程度上受到岩体内部破坏的影响。岩体内部破坏过程经常伴随着岩体体积的变化。节理变形在一定程度上反映了某类岩体的特性。文章提出了Q-系统的不连续面指标特性在此的应用方法以及系统描述岩体剪切强度的方案。该方案是依据不连续面变形提出的。文章对Hoek和B rown提出的完整岩体强度描述,如何在节理化岩体中进行调整应用,进行了尝试,并应用物理模型和数值模型建立了离散节理化岩体变形模型。     

加锚节理岩体断裂损伤模型及其应用

基于等效应变能原理，在分析压剪、拉剪应力状态下加锚节理面的受力与变形特点的基础上，运用断裂损伤力学的方法建立了加锚断续节理岩体的本构模型及其损伤演化方程，并将该成果应用到黄河小浪底水利枢纽工程地下厂房洞室群施工稳定性分析中.结果表明，该模型能较好地反映加锚节理岩体力学特性及开挖卸荷过程中围岩渐近破坏的规律。     

刚性钻孔弹模计在白鹤滩电站坝基岩体-变形参数测定中的应用

白鹤滩水电站是我国继三峡、溪洛渡之后又一座千万kW级的水电站。白鹤滩水电站挡水建筑物为双曲拱坝,坝基岩体主要为二迭系厚层玄武岩,其中第三层（P₂ β₃）微晶隐晶玄武岩柱状节理发育,坝基岩体的变形参数是大坝设计的重要依据。介绍了钻孔弹模计试验原理、方法和白鹤滩水电站坝址区柱状节理玄武岩弹模试验成果,以及钻孔弹模计与现场承压板法对照性试验成果。对照性试验表明,钻孔弹模计试验岩体的变形参数可以直接在工程上应用。     

Estimation of unloading relaxation depth of Baihetan Arch Dam foundation using long-short term memory network

The unloading relaxation caused by excavation for construction of high arch dams is an important factor influencing the foundation's integrity and strength.To evaluate the degree of unloading relaxation,the long-short term memory(LSTM) network was used to estimate the depth of unloading relaxation zones on the left bank foundation of the Baihetan Arch Dam.Principal component analysis indicates that rock characteristics,the structural plane,the protection layer,lithology,and time are the main factors.The LSTM network results demonstrate the unloading relaxation characteristics of the left bank,and the relationships with the factors were also analyzed.The structural plane has the most significant influence on the distribution of unloading relaxation zones.Compared with massive basalt,the columnar jointed basalt experiences a more significant unloading relaxation phenomenon with a clear time effect,with the average unloading relaxation period being 50 d.The protection layer can effectively reduce the unloading relaxation depth by approximately 20%.     

白鹤滩水电站柱状节理玄武岩固结灌浆试验成果分析与建议

白鹤滩水电站大坝建基面扩大基础范围内广泛发育柱状节理玄武岩,岩体微裂隙发育,完整性较差。爆破开挖前柱状节理基本上呈闭合状态,可灌性较差,基础处理难度大。为研究提高柱状节理玄武岩坝基岩体承载力、强度和整体性的解决方案,探索相关灌浆方案、灌浆材料、浆液配合比及施工工艺等,在柱状节理玄武岩区域进行"有盖重灌浆"和"无盖重结合0~5 m有盖重灌浆"固结灌浆试验。试验成果和物探测试成果为确定白鹤滩水电站大坝坝基固结灌浆施工方法和质量检查标准提供依据,同时也为类似地质条件工程提供参考。     

考虑围压效应的块状节理岩体变形破坏数值模拟

节理岩体变形模量是深部岩体工程设计及稳定性分析的重要设计参数,开展围压对节理岩体变形特征及破坏形态的研究具有重要意义。采用离散元数值模拟与室内试验测试相结合的研究方法,开展不同围压条件下含两组预制节理的块状节理岩体三轴压缩变形破坏数值模拟研究,主要结论如下:（1）块状节理岩体的变形模量随着围压的增大而增大,当围压超过4 MPa时,变形模量的变化趋于平缓;（2）块状节理岩体的破坏模式分为两种:一是产生沿着已有节理面的滑动破坏;二是产生穿过整个岩体的剪切破坏,且随着围压的增大,块状节理岩体的破坏模式由节理滑动破坏向岩块剪切破坏转变;（3）对于1+2、2+3、3+5和5+7块状节理岩体模型,发生破坏模式转变的围压分别为0.5、1.0、4.0和4.0 MPa。     

含原生隐性节理工程岩体分级方法

白鹤滩水电站柱状节理玄武岩体内原生微裂隙发育,分布有宏观肉眼不易辨认的隐性节理,节理面较平整,多呈闭合状,为断续镶嵌结构,但岩石强度大,纵波波速高,岩体本身质量及其实际结构特征与测试得到的物理力学性质不相匹配。以白鹤滩水电站坝基柱状节理玄武岩作为含原生隐性节理的代表性岩体,基于其特殊性状,开展现场钻孔取芯、声波测试与点荷载试验,采用目前较为常用的几种工程岩体分级方法对其开展分级研究,对比分析岩体分级的结果与工程实际情况是否具有一致性;并以BQ分级方法为基础,在特定条件下引入RQD来修正岩体完整性系数K_v值,建立了一种适用含有原生隐性节理的工程岩体分级方法;将该方法用于白鹤滩柱状节理玄武岩的工程分级,分级结果与工程实际具有较好的一致性;最后,通过现场原位岩体变形试验对改进的分级方法进行验证可知,测试得到的柱状节理玄武岩变形参数与改进后BQ法的分级结果具有较好的匹配性。     

基于侧压力系数变异性的隧洞围岩变形响应特征研究

以新疆东天山公路隧道为例,利用三维有限差分数值模拟软件FLAC3D,通过快速应力边界法生成符合实际工况的初始地应力场,结合实际侧压力系数λ的分布,分析λ取0.8、1.0、1.2、1.4、1.6时隧道内部变形规律。结果表明,λ从0.8增至1.6,拱顶竖向变形值减小约16%,拱底竖向变形值减小约14%,拱脚水平变形值增大3倍;在λ较低区段,注意拱顶和拱底处变形,及时安装衬砌系统,建议采取钢支撑挂网喷锚支护,对不稳定块体及时进行锚固;在λ较高区段,注意拱脚处变形,施工时要提高支护强度;在水平方向上一定范围内,由于应力状态的不同,不同沉降值出现逆向增长。     

紫红色泥岩三轴蠕变力学特性试验研究

为揭示泥岩在不同应力环境下的蠕变力学特性,对取自某在建工程的紫红色泥岩分别进行围压为0.5,1.0,2.0,5.0 MPa的分级加载蠕变试验。试验研究表明围压越大,泥岩的强度越大,塑性变形能力越强,流变特性越显著;相同围压下,稳态蠕变速率随偏应力呈幂指数函数型增长;相同偏应力下,稳态蠕变速率随围压升高而降低;利用等时应力-应变曲线法,得到泥岩的长期强度分别为11,16,22.5,29 MPa,均较各自围压下短期强度值降低40%~45%;通过摩尔强度准则得到的长期内聚力和内摩擦角分别为3.09 MPa和34.8°,分别较短期参数降低20.6%和25.9%。根据研究成果给出了一种带应变触发的分数阶蠕变本构模型,理论曲线与试验曲线拟合度良好,能较好地模拟泥岩的蠕变全过程。     

白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理开挖松弛特性试验研究

白鹤滩水电站左岸坝基边坡柱状节理玄武岩出露且易松弛,对边坡安全稳定影响较大。为了解坝基柱状节理玄武岩在爆破开挖后松弛深度的变化规律及发展趋势,以坝基650~660 m高程边坡柱状节理试验区为研究对象,利用声波孔检测不同区域、不同支护条件下岩体松弛深度。通过分析检测成果得出如下结论:地质条件对柱状节理玄武岩的松弛深度有影响;预应力锚杆在一定时间内能压密松弛岩体,其防松弛作用好于砂浆锚杆。     

水利工程中的柱状节理岩体分类及质量评价

柱状节理岩体广泛地分布于中国西南水电开发区域，其力学特性对水电工程的安全建设与运行意义重大。在前人关于柱状节理岩体的研究成果基础上，总结了国内外涉及柱状节理岩体工程问题的水利水电工程，结合白鹤滩水电站工程的不规则柱状节理岩体现场勘测和测试结果，对柱状节理岩体的分类方法进行了探讨，提出了柱状镶嵌块状结构和柱状镶嵌碎裂结构的分类方法，利用岩体质量评价的RMR法和GSI法对白鹤滩水电站两类柱状节理岩体进行了分析，对比了美国汉佛德柱状节理岩体工程案例，计算表明，RMR法和GSI法能较好的反映白鹤滩柱状节理岩体的工程力学特性，适用于类似工程的岩体质量评价。