拱座稳定分析中脆性岩体抗剪断强度参数取值方法研究

用分项系数法来研究拱坝坝肩(拱座)稳定性,其关键问题之一是如何确定地基岩体的抗剪断强度参数的标准值,目前常见的四种取值方法的物理意义及数值差异都较大。本文从不同强度参数取值方法的保证率及变异系数的角度分析了四种常见方法的优劣及实用性,并结合锦屏一级与溪洛渡两个巨型工程拱座岩体强度参数的工程实例,论证了以参数的小值平均值作为标准值的合理性。建议在《混凝土拱坝设计规范》修编时,将脆性岩体的抗剪断强度参数的小值平均值作为其标准值,并以此确定拱座稳定分析的材料分项系数与控制指标。     

拱座稳定分析中脆性岩体抗剪断强度参数取值方法研究

用分项系数法来研究拱坝坝肩(拱座)稳定性,其关键问题之一是如何确定地基岩体的抗剪断强度参数的标准值,目前常见的4种取值方法的物理意义及数值差异都较大。文章从不同强度参数取值方法的保证率及变异系数的角度分析了4种常见方法的优劣及实用性,并结合锦屏一级与溪洛渡2个巨型工程拱座岩体强度参数的工程实例,论证了以参数的小值平均值作为标准值的合理性。建议在《混凝土拱坝设计规范》(DL/T5346-2006)修编时,将脆性岩体的抗剪断强度参数的小值平均值作为其标准值,并以此确定拱座稳定分析的材料分项系数与控制指标。     

锦屏一级水电站左岸坝肩岩体直剪蠕变特性研究

通过对锦屏一级水电站左岸坝肩边坡结构面岩体的直剪及直剪蠕变研究,分析研究其瞬时抗剪强度和长期抗剪强度特性,最终为左岸边坡岩体稳定分析提供长期抗剪强度参数。     

基于二维正态分布的岩体抗剪强度参数取值范围确定

针对以往研究中岩体强度参数确定具有较强人为随意性的缺点,对同一类型岩体直剪试验中的正应力、剪应力进行统计分析,并对其开展联合分布的拟合研究,得到了正应力、剪应力联合分布的概率分布模型。在给定的正应力条件下,通过不同概率保证率,可以利用概率分布模型得到剪应力的上下限值,然后在一组不同正应力、剪应力数值中回归得到岩体抗剪强度参数取值范围。以二滩水电站中蚀变玄武岩与混凝土胶结面的直剪试验数据为例,计算得到了在80%保证率下的混凝土与基岩胶结面抗剪强度参数的取值范围分别为f∈(0.68,0.91)与c∈(0.25,1.78)。通过实际工程算例表明,所提出的基于二维正态分布的岩体抗剪强度参数取值的方法可为实际工程中确定岩体抗剪强度参数提供参考。     

岩体工程力学参数取值方法研究Ⅰ:原位试验与定量类比

针对合理确定岩体工程力学参数的难题，在原位试验技术、定量类比方法和数值仿真试验等方面开展了系统研究，形成了包含“一设备、一库、一平台”综合确定岩体工程力学参数的方法体系。本文研发了适用于常规地质钻探的岩体质量随钻测试和岩体力学参数原位试验设备，建立了依据随钻实测参数评价岩体质量的方法以及岩体强度、耐磨性指标与随钻参数的定量关系，提出了通过孔内弹模剪切试验快速获取不同岩层岩体抗剪强度和弹性模量的技术和方法；同时，构建了包含81个工程681组不同类型岩体抗剪强度试验资料数据库，深入研究了不同类型岩体抗剪强度参数的统计特性，提出了基于Bayes方法和可靠度理论，利用大样本数据库资料和少量具体工程试验成果来确定岩体参数的定量类比方法。     

锦屏一级水电站高拱坝抗力体Ⅳ2级岩体固结灌浆试验

锦屏一级水电站拱坝为高混凝土双曲拱坝,最大坝高305m,坝体承受总水推力近1200万t。特高拱坝、泄洪流量大、地震烈度高（基本烈度为Ⅶ度）等工程特点要求坝基及两岸抗力体一定要具有足够的强度和刚度,要满足拱座抗渗稳定和拱坝整体稳定的要求,同时要具有抗渗性和渗透稳定性以及在水长期作用下的耐久性。在拱坝左岸抗力体范围内分布着大量的大理岩,为Ⅳ2级岩体,岩体中含有破碎带和煌斑岩脉,严重影响拱坝的整体稳定。针对抗力体范围内不同的地质缺陷,采用个性化的设计,对岩体进行了固结灌浆试验,摸索出针对不同岩体的灌浆参数及工艺。对位于拱坝抗力体高程1785m大理岩Ⅳ2级岩体灌浆试验取得的经验进行了总结。     

向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验研究

向家坝水电站是金沙江流域水利资源梯级开发的最后一级水电站,坝基岩体抗剪强度参数对工程设计、施工等方面有重要意义。向家坝水电站坝基岩体地质条件复杂,并发育有多条软弱夹层,如何快速准确地对岩体抗剪强度参数进行评价至关重要。本文介绍了从美国引进的适用于中软岩~软岩体的新型岩体抗剪强度检测设备,利用工程前期地质勘探钻孔进行岩体剪切试验,可以十分方便快捷地得到岩体抗剪强度参数,并且利用该设备得到的试验数据具有很高的线性相关关系。通过在向家坝水电站坝基岩体中进行的几组钻孔剪切试验,详细介绍了使用该设备得到岩体抗剪强度参数的方法,验证了该设备的工程适用性。     

向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验研究

向家坝水电站是金沙江流域水利资源梯级开发的最后一级水电站,坝基岩体抗剪强度参数对工程设计、施工等方面有重要意义。向家坝水电站坝基岩体地质条件复杂,并发育有多条软弱夹层,如何快速准确地对岩体抗剪强度参数进行评价至关重要。本文介绍了从美国引进的适用于中软岩-软岩体的新型岩体抗剪强度检测设备,利用工程前期地质勘探钻孔进行岩体剪切试验,可以十分方便快捷地得到岩体抗剪强度参数,并且利用该设备得到的试验数据具有很高的线性相关关系。通过在向家坝水电站坝基岩体中进行的几组钻孔剪切试验,详细介绍了使用该设备得到岩体抗剪强度参数的方法,验证了该设备的工程适用性。     

超高拱坝拱座及抗力体抗滑稳定研究

以超高拱坝拱座及抗力体抗滑稳定中主要工程地质问题为研究重点,总结研究了二滩、锦屏一级、溪洛渡、大岗山、拉西瓦、小湾等水电站特高拱坝左右岸抗滑稳定条件、底滑面及侧滑面和滑移组合模式分析、结构面参数取值、抗力体地质缺陷分析及处理、地下水及岩体渗透性影响。针对上述特高拱坝的抗力体及拱座地质缺陷,归纳总结了抗滑稳定分析评价方法、结论及其处理经验。相关经验可为今后类似工程提供可借鉴的技术依据。     

锦屏一级高拱坝地质力学模型材料试验研究

地质力学模型试验是研究高拱坝整体稳定的重要方法之一,而模型材料的研制是确保模型试验成果可靠、准确的基础保证。结合锦屏一级高拱坝整体稳定三维地质力学模型,依据相似原理开展了模型材料的研究。以重晶石粉、机油、石蜡及适量高分子材料为主要原料配制了满足相似关系的岩体及结构面模型材料,并通过试验获得了材料的容重、变形模量、抗剪强度等力学参数。所配制的材料试验成果满足地质力学模型试验的精度要求,为后期模型试验的开展奠定了基础。     

锦屏一级水电站煌斑岩脉水泥化学复合灌浆试验研究

 锦屏一级水电站大坝为混凝土拱坝,最大坝高305 m,为目前世界最高拱坝。坝区基础岩体中存在大量煌斑岩脉,对建筑物的稳定性、基础应力传递等极为不利,必须进行稳妥可靠的处理。因仅靠单纯的高压水泥灌浆无法使岩体的变形模量、抗压、抗拉、抗剪强度以及泊松比等物理力学指标达到设计要求,应有针对性地采用化学灌浆方法对煌斑岩脉进行加固处理。为此,采用了高渗透性的YDS环氧材料对风化后的煌斑岩脉进行纯压式灌浆试验,试验结果表明：通过YDS改性环氧浆液的“浸透”“浸渗”加固处理,风化的煌斑岩脉力学性能大幅提高,基本能满足设计的力学指标要求。     

广东清远抽水蓄能电站 地下厂房岩体结构面直剪试验

广东清远抽水蓄能电站地下厂房规模大,围岩稳定性分析需要获得岩体结构面的抗剪强度参数.采用同一试件施加不同法向应力的单点直剪试验方法对各组结构面进行了直剪试验,试验表明:该工程地下厂房岩体结构面具有较高的抗剪强度,对围岩稳定有利.试验为工程设计提供了依据,为今后同类工程的岩体结构面直剪试验积累了经验,具有借鉴价值.     

层状岩体抗剪强度产状效应的数值试验研究

层状岩体力学特性呈现出明显的各向异性特点,其强度和变形参数不但与作用力和岩体结构面之间的夹角有关,同时还与岩体结构面的走向密切相关。为研究岩体结构面产状对层状岩体抗剪强度参数的取值影响,首先对某工程现场直剪试验进行模型辨识研究,然后采用数值试验方法对层状岩体抗剪断试验进行拓展性数值研究,进而对岩体的抗剪断强度各向异性进行了深入研究,分析了层状岩体抗剪断强度特性与结构面产状之间的变化规律。研究结果表明：层状岩体的抗剪强度参数呈现明显的非正交各向异性特点;随着结构面倾角的增大,抗剪断强度参数与结构面产状之间关系可采用空间椭圆面来描述。      

岩体抗剪强度特性研究

岩体是一种不连续介质，岩体及岩体同强度特性具有一定的特殊性，岩体抗剪参数取值是否合理，关系到工程的安全和经济，本项研究主改进结构面及岩桥抗剪强度确定的新技术以及抗剪参数的取值的新方法，具有定的创新意义。     

某坝基岩体质量分级与力学参数试验研究

某水库工程的双曲拱坝基岩为上软下硬的近水平层状岩体,不同高程的岩体性状差异明显。首先对坝址区主要持力层岩体进行岩体质量分级,其次对薄层灰岩、钙质泥岩夹泥质白云岩进行了抗剪试验与变形试验,试验结果与所在岩层的岩体质量分级及结果相符。最后根据坝基岩体力学特征提出了工程建议。     

锦屏二级水电站大理岩加卸载力学特性试验研究

对取自锦屏二级水电站的两组大理岩进行了单轴压缩、常规三轴和卸荷三轴试验。为了便于对比加卸载应力路径下的变形参数,结合工程中岩体应力状态,卸荷试验采用了与常规三轴试验相同的静水压力初始应力条件,并对试验所得的力学参数及应力应变关系曲线进行了对比分析,结果表明:这种大理岩在加卸载不同应力路径下的力学参数及变形特征存在较大差别,同加载试验相比,卸荷条件下的强度参数:内聚力C降低了15.2%～85.97%,内摩擦角φ值增大了4.77%～59.78%,在正应力较小时卸荷条件下的抗剪强度比加载的低;随着正应力的增加,二者的差距逐渐减小;当正应力达到一定值后,卸荷条件下的抗剪强度将超过加载条件下的抗剪强度;卸荷过程中岩石的脆性特征更为显著;在相同的初始围压下,与加载条件下的变形参数相比,卸荷条件下的弹性模量E减小了14.31%～37.37%,泊松比μ增大了20.51%～100%。试验中围压从10 MPa到80 MPa,涵盖了大多数工程岩体的应力范围,对解决工程问题具有重要的参考价值。     

拉西瓦水电站岩体力学参数选择研究

拉西瓦水电站坝型为双曲薄拱坝,坝基及坝肩主要岩体为印支期粗粒花岗岩,对其进行了大量室内和现场岩体力学试验,全面系统地对试验成果进行数理统计和计算分析研究,获得了建基岩体的变形特征、抗剪强度及岩体的分类。提出了对岩体力学试验方法的改进措施及力学参数选取方法的建议。     

锦屏一级高拱坝整体稳定物理与数值模拟综合分析

高拱坝的整体稳定是工程建设中的关键问题之一,地质力学模型试验和数值计算是研究这一问题的重要方法。通过理论推导建立了基于综合法的大坝稳定安全系数评定关系式。针对锦屏一级高拱坝坝肩地质条件复杂,影响拱坝整体稳定的断层、岩脉、节理裂隙众多,坝高库大和加固难度大,工程安全稳定问题十分突出等特点,采用综合法地质力学模型试验与三维非线性有限元相结合的方法,对加固处理后的锦屏一级高拱坝整体稳定性开展研究。获得了拱坝在正常工况下的工作性态,以及在结构面强度参数降低约30%后坝肩的超载变形失稳过程和最终破坏形态,提出拱坝与地基综合法整体稳定安全度为5.2~6.0(试验值)和5.98(计算值)。通过综合分析模型试验和数值计算的成果,评价了锦屏一级高拱坝工程的安全性和加固效果。研究成果为锦屏一级拱坝工程的安全监测和运行管理提供了科学依据,同时也为其他类似高拱坝工程的稳定分析提供参考。     

用声波法探测百色水利枢纽坝区的岩体力学参数

岩体抗剪强度参数是岩土工程稳定性评价的重要依据，如何准确确定岩体抗剪强度参数一直是工程界的难题。以百色水利枢纽坝区的岩体为例，根据纵波在岩体中的传播速度，利用J．Bray提出的方法对不同风化程度的岩体抗剪强度参数进行了估算。分析估算结果与工程应用参数的异同原因，为工程中确定岩体力学参数提供新的思路。     

无充填硬性岩体结构面抗剪强度估算方法及应用

岩体结构面抗剪强度参数是进行结构地基抗滑稳定计算的基本参数。通常,对于小型工程均是由有经验的地质工程师通过对各结构面的性质进行分析后,参照类比经验取值;而对于大型工程都是通过试验获得参数值。类比取值完全取决于地质工程师的工程经验,试验只能对部分代表性结构面进行,不可能包含所有具体结构面。而将裂隙面的粗糙度和结构面的岩壁强度综合考虑,能弥补两种方法的不足,可在现场方便快捷地估算出岩体结构面的抗剪强度。通过工程实例介绍了该方法在现场的具体运用,可供工程技术人员借鉴。