汶川大地震紫坪铺混凝土面板堆石坝震害现象与变形监测分析

 2008年5月12日四川汶川发生8.0级大地震,震中烈度XI度,造成地面建筑物严重破坏。紫坪铺面板堆石坝坝高156 m,距汶川地震震中17 km,是地震灾区距地震震中最近、工程规模最大的一个高坝水库工程。紫坪铺大坝受地震影响,产生了一定的变形破坏,引起学术界和工程界广泛关注。依据大坝地震后宏观变形现象和变形监测资料,对大坝堆筑体和混凝土面板的变形破坏现象进行详尽的描述和分析;在此基础上综合分析认为,大坝变形特征以沉降为主,水平位移相对较小,大坝整体处于收缩压密状态,最大沉降发生在大坝顶部,量值为900～1 000 mm,沉降与坝高之比约为0.6%,大坝坝体和下游坝坡没有产生显著破坏,大坝结构功能受地震影响较小。     

紫坪铺大坝下游坝坡震后抗震加固措施大型振动台模型试验研究

紫坪铺水库面板堆石坝坝顶区下游干砌石护坡在汶川地震中遭到了较严重的震损破坏,是大坝震后抗震加固处理的重点环节。综合考虑已有高土石坝坝坡抗震加固措施在大坝震后加固中的适用性,并参考浆砌石护坡在强震中表现出的良好抗震性能,浆砌石护坡成为了紫坪铺大坝下游坝坡震后抗震加固的重要选择。针对紫坪铺大坝坝坡震后抗震加固工程,进行堆石坝坝顶区坝坡抗震加固措施(干砌石护坡和浆砌石护坡)大型振动台模型试验,研究砌石护坡的抗震加固机理并验证其抗震加固效果;同时,结合大坝地震动力反应计算和大坝振动台模型试验的研究成果,确定了大坝坝顶区浆砌石护坡的加固范围。研究表明:浆砌石护坡在强震中具有良好的整体性,干砌石护坡在强震中的局部碎、块石滑移导致护坡整体渐进破坏,浆砌石护坡对堆石坝坡的保护作用明显优于干砌石护坡;紫坪铺大坝下游坝坡震后浆砌石护坡加固范围取为3/4坝高以上坝顶区坝坡较为合理。     

钻孔倾斜仪在某堆积体变形监测中的应用

指出钻孔倾斜仪是一种测定钻孔深部位移的原位监测仪器,在堆积体变形监测中有着广泛的应用,根据监测成果,认为该堆积体的变形机制为蠕滑—拉裂型,地震后,堆积体并未失稳,表明堆积体有吸收强地震能量的能力,但地震会使堆积体的变形更为明显,开挖堆积体形成的边坡仍然需要强有力的支护。     

“5.12”汶川地震对紫坪铺混凝土面板坝的影响及原因分析

"5.12"汶川大地震导致紫坪铺混凝土面板堆石坝产生了最大为100 cm的沉降和60 cm的水平位移,如此大的地震永久变形,使得上游混凝土面板大面积脱空,库水位以上混凝土面板分期施工缝出现明显错台,面板垂直向接缝发生挤压破坏。在现场调查的基础上,对该坝地震损伤原因进行了分析,并对今后混凝土面板堆石坝的地震反应计算分析研究、抗震设计工作以及紫坪铺混凝土面板堆石坝震后修复原则提出了相应的建议。     

溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体变形机制分析及稳定评价

通过分析其地表变形特征、滑带变形特征、孔隙水压力变化特征,结合堆积体的地质结构并辅以极限平衡计算的验证,阐明堆积体蠕滑变形机制,评价堆积体的稳定状况,为工程治理措施的制定和实施提供可靠依据。研究结果表明：堆积体由于开挖扰动导致沿古滑带发生剪切错动变形,在坡体内形成自下而上微裂缝,改变地下水渗流路径,微裂缝临近滑带一定高程范围内充水,微裂缝内的地下水对滑动体产生静水压力,同时增大滑带处的静水压力,降低堆积体的稳定性系数,导致其急剧变形。当削坡结束且排水洞修建完毕后,微裂缝愈合,静水压力消散,堆积体变形趋缓。研究成果对今后类似边坡的监测资料分析、变形机制分析、工程治理措施具有参考意义。     

太平驿水电站库区左岸堆积体影响分析

受汶川"5.12"地震的影响,太平驿水电站库区左岸山体垮塌,在库区中部左岸岸坡有大量的堆积物,侵占岷江河道,加剧对右岸II级阶地冲刷,威胁阶地上当地居民的安全,也影响电站正常运行。调查堆积体形成机制和规模,分析其对库岸稳定和太平驿电站水库运行的影响,并提出处理建议。     

基于联合监测的隧道洞口仰坡稳定性分析

运用多技术手段针对某隧道在施工期间初次支护和二次衬砌进行应力监测,同时对隧道上部仰坡展开雨量、地表位移和深部位移监测。位移监测结果表明由于不良地质体受到降雨的影响明显,仰坡地表变形明显,隧道周围的应力监测表明沿着不良地质体错动方向,雨季隧道周围应力沿错动方向明显增加。为了进一步了解仰坡与隧道之间的相互作用,运用数值模拟手段对仰坡在不同降雨条件下的稳定性进行分析,分析结果表明降雨条件下边坡的稳定性有所降低,安全系数降低了15.7%,但由于支护的作用仰坡仍处于稳定状态。     

综合物探方法在某水电站坝前滑坡勘察中的应用

某水电站坝址下游左岸分布一堆积体,在正常泄洪条件下,堆积体的稳定状况影响坡体上居民安全。本次采用高密度电法和浅层地震反射法相结合的综合物探方法,用以查明堆积体的厚度、范围及基岩顶板界面的起伏形态,为工程地质提供物性参数。成果显示,该堆积体覆盖层与下伏基岩在电性及波速上均存在着明显的物性差异;堆积体厚度变化范围在8～80m之间。     

紫坪铺水利枢纽工程左岸坝前堆积体 变形破坏机制研究

 为准确把握紫坪铺水利枢纽工程左岸坝前堆积体在水库运行期间的稳定性动态,进行了工程地质条件和堆积体特征调研,结合堆积体的演化规律分析判断其当前处于缓速蠕变演化阶段,在水库运行条件下其变形破坏主控因素为库水作用效应和地震动力效应,并分析主控因素的作用机制,重点研究堆积体在水库运行期间的变形破坏机制。研究发现,堆积体在水库运行期间可能发生表层蠕滑变形和局部坍塌现象,且存在整体沿底部、整体沿腰部、局部沿底部和局部沿腰部4种可能的失稳模式。然后讨论边坡工程中常用的莫尔–库仑准则和广义米赛斯准则的优缺点,分析常用失稳判据的由来,并根据收敛判据提出了具体的实用判别指标。通过强度折减法确定了局部沿腰部失稳模式的滑动面位置和形状,结合极限平衡法进行上述4种失稳模式在不同工况下的稳定性分析。最后分析堆积体的变形破坏演化过程,表明在水库运行期间将首先发生灯盏坪前缘局部沿腰部失稳破坏,继而可能诱发堆积体整体失稳破坏,因此其治理重点应在于严格控制灯盏坪前缘坡体的稳定性。     

高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

唐家山滑坡成因机制与堰塞坝整体稳定性研究

 根据唐家山滑坡的地质背景,研究滑坡及堰塞体工程地质特征,分析唐家山滑坡类型及发生的地质成因机制;基于唐家山堰塞体的岩体结构稳定性分析、宏观现象监控与地表位移监测,研究堰塞体的整体稳定性。研究得出如下结论与启示：(1) 唐家山滑坡属于基岩顺层滑坡,是典型的地震诱发高速滑坡,滑坡滑动带可能发育在层间剪切带,滑坡区发育的构造背景为复式倒转背斜的一翼。(2) 唐家山堰塞体整体结构以块状岩体为主,上覆风化松散堆积物,整体地质稳定性较好;堰塞体地表位移监测显示,泄洪对地表位移有影响,最大位移约140 mm,随后位移增量较小,目前处于稳定状态。(3) 应注重地震诱发滑坡→堰塞湖→溃决→洪水的“多米诺”链式灾变研究;应注重含层间剪切带斜坡的工程地质调查分析和地震滑坡危险性研究。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

不同坡角斜坡动力响应频谱特征研究

 斜坡频谱特征曲线与斜坡形态密切相关,若入射地震波主频接近频谱曲线中极大谱比值所对应的卓越频率,就会放大斜坡动力响应,甚至造成斜坡失稳。以汶川极震区青川狮子梁斜坡为典型实例,根据青川3次余震作用下斜坡不同高程实测地震记录及地脉动测试结果,通过单点谱比法,获得斜坡地震动和地脉动的频谱特征曲线,通过对比分析曲线发现：坡顶卓越频率最小;同时,实测水平地震加速度峰值放大系数随高程增加表现出先减小后增加的“凹型”特征,坡顶的放大系数甚至达到坡底的1.25。如果从斜坡形态因素进行分析,坡顶存在低频但较高放大系数的现象可能与斜坡高差与入射波波长之比密切相关,在比值为0.2时,坡顶放大效应达到最大。为进一步确定斜坡形态对频谱特征影响,利用实测汶川地震卧龙波拟合成多频率地脉动作为动力输入,在FLAC有限差分软件中建立3种不同坡角均质斜坡模型,经动力计算后发现,3种模型坡顶、坡中及坡脚的卓越频率基本一致,该结果与输入单一频率Ricker子波时斜坡动力响应一致,说明斜坡角度改变不会影响斜坡的卓越频率。研究结论有助于增强斜坡自身频谱与动力响应之间关系的认识。     

某二级高边坡健康监测试验研究与分析

近年来,随着中国建设事业规模的增大,多级高边坡工程安全问题日益突出,对边坡工程进行监测预警尤为必要。依托舟曲灾后重建项目某二级高边坡项目,建立了一套综合立体的自动化监测系统。通过对边坡内力、位移的监测与分析,发现了边坡在施工和运营阶段的一些变化特征和规律:边坡支护初期,应力、位移变化的幅度较大;随着支护结构与边坡内部岩体的相互调整,二者变化趋于平稳。该边坡运营阶段的最大位移变化速度为0.25mm/d0.5mm/d,监测点最大位移累积变化量小于10 mm;格构梁的内力与变形也均处于弹性范围之内。综合各项监测结果可以得出,支护结构对该边坡起到有效的加固效果,该边坡在运营阶段处于稳定状态。该试验对今后同类边坡的加固设计与监测分析具有一定的参考价值。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

框架预应力锚杆加固多级高边坡地震响应数值分析

依托实际工程,基于Geostudio岩土分析软件,建立了框架预应力锚杆加固多级高边坡的动力分析模型。通过设置边界条件,输入水平地震作用,分析了边坡在地震作用下的位移响应、速度响应、加速度响应和锚杆轴力响应。结果表明:水平地震作用下,边坡内的位移、速度、加速度和锚杆的轴力等均随地震持时呈波动性变化。水平位移随时间变化显著且具有累积效应,边坡水平位移远大于竖直位移。坡体临空面水平加速度幅值明显增大,临空面对地震加速度具有放大效应。边坡总应力从坡底沿坡高递减,在坡底总应力最大。预应力锚杆的自由段与锚固段轴力均随地震持时波动性变化,自由段轴力较大,锚固段轴力沿远离自由段方向递减。分析结果可为框架预应力锚杆加固多级高边坡的地震响应提供一定的依据。     

Sarma法在加锚岩质高边坡安全稳定性评价分析中的应用

根据Sarma法的基本思想,考虑地震作用、地下裂隙水的影响以及岩石锚杆的支护效应,建立了加锚岩体边坡稳定性分析的滑体计算模型,并将该模型应用于紫坪铺水电站大型岩体高边坡工程,进行了边坡安全稳定性评价分析。计算结果表明,边坡安全系数随地下水位的升高和地震烈度的增强而减小,且边坡安全系数因加锚而得到提高。因此,高度重视地下裂隙水和地震作用对边坡稳定的影响以及考虑对边坡及时施锚是十分重要的。