高地应力条件下岩体松弛时间效应检测

锦屏一级水电站枢纽区位于构造应力与高自重应力叠加造成天然状态下的高地应力区。查明高地应力条件下大跨度地下洞室和高陡坝基开挖后各部位岩体波速以及松弛岩体随时间变化情况,正确评价高地应力区岩体开挖卸荷松弛程度和岩体质量,为指导施工开挖和岩体卸荷松弛加固设计提供依据。     

中等地应力地区建基岩体卸荷松弛特征研究

高地应力地区的建基岩体卸荷松弛特征受到广泛关注,而中等地应力地区的建基岩体卸荷松弛特征及受控因素,国内外却鲜有报道。本文以大岗山水电站为例,揭示中等地应力地区建基岩体的卸荷松弛特征,这既是对西部水电工程中建基岩体卸荷松弛理论的补充,又为大岗山水电站建基岩体的后期工程处理提供科学依据,因此研究意义重大。在大岗山水电站地质背景条件的研究基础上,依靠现场调研和大量的钻探、物探、孔内摄像等测试手段,讨论了中等地应力地区坝基开挖后的卸荷松弛特征,包括表生卸荷松弛和内生卸荷松弛两类现象,总体表现为裂隙张开、岩体松动、整体松弛的特点,几乎无新生岩石破裂产生,具有典型的继生性特征。同时指出,中等地应力地区建基岩体的卸荷松弛特征受到岩体结构的控制性作用。     

高地应力条件下岩体卸荷松弛特征分析研究

我国水力资源丰富,多分布于西南地区。受青藏高原持续隆升的影响,使得西南地区形成高山峡谷的地貌景观和复杂原始地应力场,在这样复杂地质条件下修建大规模地下洞室群,岩体卸荷松弛变形问题突出,成为制约西南地区地下洞室设计、建设的关键技术问题之一。立足于近年来西南水电建设工程实践,结合实际工程物探检测成果,总结分析高地应力条件下地下洞室围岩卸荷松弛典型特征,针对岩体卸荷松弛区,分析整理各分区的差异,初步形成了一套高地应力条件下岩体卸荷松弛划分标准的方法体系,对高地应力条件下地下洞室工程设计、建设意义重大。     

高拱坝坝基固结灌浆效果综合检测分析

锦屏一级水电站大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高305m,为世界目前第一高拱坝。坝基开挖揭露及检测成果表明,建基岩体中分布有一定规模、性状很差的软弱结构带,且表面岩体卸荷松弛明显。为提高坝基软弱结构带的密实度及岩体变形模量,满足坝基变形稳定,以及弥补高应力区开挖卸荷引起的地应力释放造成的建基面岩体的松动、松弛和浅表层由于爆破震动对岩体造成的损伤等问题,需对建基面进行全面积的固结灌浆。综合检测目的是检测坝基固结灌浆质量,评价固结灌浆效果,复核灌后岩体是否达到设计的各种物理力学指标等。     

高地应力水平对爆破开挖损伤区声波检测及损伤程度评价的影响

随着地下工程埋深的不断增加,深部岩体工程中围岩开挖损伤区深度及程度的准确评价逐渐受到深部高地应力场的影响,其影响程度的合理评估成为研究重点。依托某水电站深埋引水隧洞开挖工程,采用应力逐步解除方案,通过在取样区域外围钻设形成环形封闭边界的常规取样孔,逐步解除取样区域内岩体应力,并在取样区域内进行钻孔与低应力取芯,继而利用声波检测装置对外围应力解除孔和内部取芯孔周边岩体的损伤程度进行检测,以此获得相同位置岩体在不同地应力条件下的损伤区深度及程度的声波检测结果。同时,结合内、外取芯孔获取的不同应力水平下的岩芯,开展室内试验,基于Hoek-Brown强度经验公式,利用声波波速计算得到相同位置岩体在不同地应力条件下的岩体单轴抗压强度,从而判断不同地应力条件对爆破开挖损伤区声波检测结果及损伤程度评价的影响。研究表明：高应力条件下,常规取样与声波检测法会在一定程度上低估围岩的损伤区深度和损伤程度,同时严重高估岩体单轴抗压强度。当初始应力水平为45 MPa时,围岩损伤区深度和损伤程度大约会被低估约10%～30%;当地应力水平由45 MPa降至30 MPa时,岩体的单轴抗压强度会被严重高估约30%～100%。因此,高地应力水平对爆破开挖围岩损伤区声波检测与评价结果存在明显影响,工程中运用波速指标评价岩体质量必须考虑地应力水平对声波检测的影响,并进行适当修正。     

库区公路倾倒岩体边坡高位错落变形机理及治理措施

倾倒岩体边坡是岩体向临空面发生弯曲变形的特殊岩质边坡，随着边坡开挖岩体卸荷，坡体应力重新分布，倾倒岩体折断面逐渐连通，坡体持续发生时效变形，易导致边坡变形失稳。依托澜沧江苗尾库区沿江公路倾倒岩体边坡实例工程，分析边坡高位错落变形特征及孕育过程，研究倾倒岩体边坡高位错落变形影响因素、失稳原因及变形机理；边坡治理遵循“锁口、强腰、固脚”的思路，采用削坡减载、主动预加固防护、挂网喷锚、堆渣压坡及截排水措施等进行综合治理，评价边坡加固前后的稳定性。结果表明：倾倒岩体边坡变形具有继承性，高位错落变形是前期倾倒岩体变形的延续；倾倒岩体变形边坡治理以主动预加固防护为主，削坡减载与锚固防护并重，限制倾倒变形岩体应力松弛与蠕变，可为类似边坡病害分析与治理提供借鉴和参考。     

卸荷区岩体屈服准则

由于工程建设的需要,常常要进行岩体的开挖,岩体开挖以后,地应力释放,岩体应力重新分布,大部分岩体处于卸荷的状态.由于卸荷条件下岩体的屈服特性与加载条件下岩体的屈服特性有本质的区别,因此由加载试验所得到的C-M屈服准则将不再适用于卸荷区岩体.结合卸荷条件下岩体会出现拉应力和拉剪应力的特征,以试验数据为依据,拟合出了适用于卸荷区岩体的抛物线型C-M屈服准则,并推导了抛物线型Coulomb-Mohr屈服准则的抛物线型Drucker-Prager准则的外接圆、内接圆、内切圆类型,比较了抛物线型Coulomb-Mohr准则与Hoek-Brown准则的异同.     

古遗址边坡在卸荷条件下的稳定性研究

以铜绿山边坡为工程背景,分析了边坡的稳定性。采矿过程产生的卸荷力学条件与常规的加载力学试验参数、模型和方法完全不同。本文通过对卸荷岩体力学原理研究表明,对于采矿一类的岩体工程问题应该应用岩体卸荷的应力、应变路径来分析。本文从铜绿山遗址边坡的地质特征人手。在了解边坡地质特征的基础上,参照边坡的变形破坏现状,采用非线性弹塑性力学模型,运用ANSYS软件对古遗址边坡的采矿过程进行了分析。并且与不考虑采矿过程做了对比研究。     

均匀地应力场下圆巷围岩应力时空演化分析

围岩应力状态具有显著的时空效应.围绕巷道开挖围岩应力演化过程,采用西原模型初步解析了均匀地应力场下圆形巷道围岩应力分布的时空效应问题,并探讨了时间、空间等相关参数的相关性.研究表明:采用西原模型能充分反映围岩应力松弛效应,三向应力均随时间推移而衰减,最终稳定于某一平衡状态;在成洞初期,应力集中越明显,应力松弛越显著;围岩力学松弛行为是时空函数,径向应力随开挖面后方距离增大而减小,环向应力刚好相反,而轴向应力保持不变.该研究可为岩体巷道工程稳定性预测与评估提供理论基础.     

泸定水电站引水建筑物边坡安全监测设计

阐述了泸定水电站引水建筑物边坡在施工期的监测设计,建立了由表面变形监测点监测宏观整体变形及采用多点位移计监测块体滑动和岩体卸荷松弛变形的监测体系,并选取锚杆和锚索进行专门的应力监测。最后通过对监测信息的反馈,分析了变形对边坡开挖的影响。     

开挖卸荷岩质坡体的断裂破坏机理

岩质坡体在开挖过程中的失稳破坏已成为道路工程领域日益严重的问题,目前有关卸荷坡体的断裂破坏机理还不清晰。为此,基于自然坡体实际结构特征,并结合岩石力学知识,首先分析了岩体原生裂纹在坡体开挖前后的应力状态。继而,借助断裂力学理论,解析了不同荷载模式下岩体裂纹失稳扩展的力学条件,探讨了求解裂纹扩展方向和规模的计算方法,构建结构面扩展贯通力学模型;最后,通过具体算例验证了模型的合理性。研究表明开挖岩质坡体的失稳是岩体内特定方向的原生裂纹萌生启裂并扩展贯通的结果,其本质是岩体应变能释放耗散与应力的调整过程。     

Establishing time-dependent model of deformation modulus caused by bedrock excavation rebound by inverse analysis method

Rock rebound relaxation deformation, or even rock burst, caused by the excavation of dam base and abutment or high rock slope affects their stability and results in the fall of mechanical properties of the rock. So an inverse analysis method was proposed in this paper to establish the time-dependent model of deformation modulus caused by excavation rebound. The basic principle is based on the combination of observed data of the excavation rebound deformation of dam abutment or rock slope, and the calculated rebound deformation by FEM under ground stress at the corresponding time in the excavation process. The norm of the residuals of observed data and calculated data are taken as the objective function. Accordingly, the time-dependent model of bedrock deformation modulus can be established. The method displays its significance in the design of excavation, construction and operation management of dam base and high slope.

     

Establishing time-dependent model of deformation modulus caused by bedrock excavation rebound by inverse analysis method

Rock rebound relaxation deformation, or even rock burst, caused by the excavation of dam base and abutment or high rock slope affects their stability and results in the fall of mechanical properties of the rock. So an inverse analysis method was proposed in this paper to establish the time-dependent model of deformation modulus caused by excavation rebound. The basic principle is based on the combination of observed data of the excavation rebound deformation of dam abutment or rock slope, and the calculated rebound deformation by FEM under ground stress at the corresponding time in the excavation process. The norm of the residuals of observed data and calculated data are taken as the objective function. Accordingly, the time-dependent model of bedrock deformation modulus can be established. The method displays its significance in the design of excavation, construction and operation management of dam base and high slope.     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究 （研究生论坛）

利用 MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行了单抽加卸载试验,得到了岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并且从能量与声发射的角度研究了纯岩盐变形破坏过程的基本特征。通过研究表明,岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个实验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个实验过程中,弹性应变能占的比例非常的小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率便大量产生,而后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定地且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

三峡永久船闸岩石高边坡稳定反馈分析的初步研究

建立了岩石高边坡分步开挖稳定性反馈分析模型,分析过程中考虑了岩体爆破松动及卸荷的影响.对三峡工程永久船闸高边坡各开挖步进行了相应的预报,结果表明,该方法具有较高的实用价值     

岩石高边坡安全监测及稳定性分析

针对某水电站岩石高边坡的工程实际,为了有效的控制高边坡变形和准确的指导施工,在边坡布设了多套位移计和锚杆应力计,并且进行了边坡变形和应力监测。通过大量的边坡监测资料,并且结合变形、地质、开挖等因素,分析了边坡变形特征及锚杆的锚固效果,监测数据的分析主要采用回归方法进行。监测数据表明,边坡的锚固效果良好,边坡的变形得到了有效的控制。通过此岩石高边坡工程的施工监测,阐明信息化施工可以保证边坡的稳定性,正确指导施工。     

开挖对顺向岩质高边坡稳定性影响及锚索加固效果分析

顺向岩质高边坡的稳定性通常较差,在工程上格外受到重视,利用锚索锚固是较为理想的加固方案。利用Sarma法对厦沙高速公路某段石英片岩顺向岩质高边坡在施加锚索和不加锚索两种工况下的应力特征和边坡稳定性系数进行对比分析。结果表明:不加锚索时,各条块底面正压力随开挖过程呈降低趋势,越靠近边坡顶部,各条块底面正压力受到开挖卸荷的影响越大,降低趋势越明显;条块底面正压力的降低使边坡抗滑力减小,当减小幅度较大时,边坡稳定性会受到明显影响,整个开挖过程中边坡整体稳定性系数呈下降趋势,最低为1.243;施加锚索能够增大条块底面正压力,提高条块底面的抗滑力,有效降低条块底面受到的剪切力,限制上部条块的滑动趋势,减小其对下部条块的挤压和相对错动,且随着开挖的加深,这种效应表现得越明显;对某个条块而言,施加锚索可以提高底面抗剪强度,降低底面和侧面剪切力、条块下滑力,从而提高边坡稳定性;施加锚索后边坡稳定性系数提高到1.630。综上所述,边坡开挖对于顺向岩质高边坡稳定性影响很大,而施加锚索加固可以显著提高边坡稳定性,达到加固边坡的目的。     

乌江渡扩机工程尾水岔洞三维有限元分析

Ansys软件具有强大的前后处理以及可视化功能,能克服复杂岩土工程中的自编程序在该方面的局限性。文章基于Ansys对乌江渡水电站扩机工程的尾水隧洞进行三维建模和后处理,并采用弹塑性程序进行了三维开挖变形稳定计算以及衬砌结构分析,着重研究了不同应力释放比例情况下的隧洞应力和变形以及支护方案,同时考虑了水压力的作用:使得洞周围岩卸荷,部分进入屈服的岩体回到弹性状态。并在前处理中对岔洞采用了子模型技术,使得岔管的变形稳定计算更符合实际情况。最后提出与其他计算机语言相结合的二次开发技术是Ansys软件的发展方向,能更好地满足复杂地下工程的建模和计算。     

Research on Mechanism of Rock Burst Generation and Development for High Stress Rock Tunnels

Through the investigation and analysis of high stress distribution in surrounding rock during the excavation of rock tunnels,the key factors to cause rock burst and the mechanism of rock burst generation and development are researched. The result shows that the scale and range of rock burst are related with elastic deformation energy storied in rock mass and the characteristics of unloading stress waves. The measures of preventing from rock burst for high stress rock tunnels are put forward.