岩石边坡松动区与位移反分析

 首先分析了三峡工程船闸边坡有限元计算和现场监测的位移成果, 说明岩石边坡位移反分析必须考虑岩体的松动因素, 本构模型可以使用弹性模型;其次介绍了松动区的有关物理力学性质, 以及在计算模型中的考虑方法;最后以基于BP 网络和遗传算法的位移反分析模型反演了永久船闸边坡岩体及其松动区的弹性模量。     

三峡工程永久船闸边坡位移反分析回顾

总结了1994～2000年间，作者在三峡工程永久船闸高边坡的第一期和第二期位移反分析方面的主要研究成果，包括理论与工程应用、边坡岩体变形机制及其数值模拟方法等。认为位移反分析理论研究很重要，但足由十岩体变形的非连续性，工程应用上应该加强岩体的宏观变形行为及其数值模拟方法的研究。就三峡工程的块状结构边坡而言，岩体的变形主要由松动区的变形构成，在变形分析中将松动区等效为一种弱化的线弹性材料，模拟其宏观变形行为是合适的。     

路堑边坡扩建开挖过程中的变形分析

为研究路堑边坡开挖过程中岩体边坡和变形稳定性,确保路堑边坡施工及运营期的安全,以路堑边坡扩建工程为依托,采用地表变形及岩体内部位移监测数据分析边坡开挖过程中的变形规律。边坡表面变形通过布设监测点进行监测,边坡深部位移通过钻孔安装多点变位计和测斜管进行监测,得到边坡开挖和变形关系。分析结果表明:在开挖前边坡整体较稳定,随着边坡开挖量的逐渐增多,边坡岩体位移量逐渐增大,边坡深层位移先增加后收敛,最后趋于稳定;边坡发育的断层、拉裂缝、开挖临空面等对边坡在施工期的稳定性产生较大影响;开挖结束后边坡各方向的位移均趋于收敛,地表监测点中水平最大累计位移量为12.30 mm,其方向平行道路走向,而垂直最大累计位移量为10.60 mm,发生在第三级台阶;边坡内部岩层最大水平位移为11.02 mm,主要发生在岩层分界处的断层软弱结构面位置;在边坡的软弱岩层开挖期间,边坡岩体易出现相对较大的位移变形,开挖结束后短期内边坡地表位移趋于收敛,深层岩体的位移基本稳定;在边坡开挖过程中,边坡地表位移及深层水平位移在第二级边坡开挖时均变化较大,第二级台阶岩体的合理开挖是控制整个边坡稳定的关键。     

三峡工程永久船闸高边坡岩体变形特征与机理分析

三峡工程船闸高边坡变形监测资料表明,岩体变形主要受开挖卸荷影响,边坡岩体卸荷松邓特征明显,具有分带性。微风化新鲜岩体变形主要是沿结构面张开实现的,从而引起岩面找平混凝土或喷护混凝土开裂。岩体变形大小与变化过程还与地质条件、施工爆破、锚固等因素有关。     

钻孔倾斜仪在三峡左厂坝段岩体深部位移监测中的应用

介绍钻孔倾斜仪在三峡工程左岸厂房1#～6#坝段岩体边坡深部位移监测中的应用。结合钻孔倾斜仪监测的实测资料,对岩体深部位移的变形规律进行了综合分析,并给出了左厂坝段岩体边坡稳定性的初步评价。     

高寒峡谷地区碎裂松动岩体工程特性研究

受青藏高原持续隆升的影响,在西藏地区的澜沧江河谷一带形成了复杂的地质环境,工程地质问题极为复杂,河谷岸坡山脊部位多分布有一个个“碎裂松动岩体”。本文综合运用三维激光扫描、无人机影像测量、工程地质测绘、平硐勘探、室内点荷载试验和原位剪切试验等手段,系统地研究了碎裂松动岩体的分布特征、变形特征、成因机理和物理力学参数。结合碎裂松动岩体的变形程度,将碎裂松动岩体划分为强、弱变形两区,提出了碎裂松动岩体的成因是卸荷、倾倒变形及冻融等综合作用所致的观点。并在前述研究的基础上给出了碎裂松动岩体的处理建议,为坝基岩体利用或是边坡稳定性分析及处理奠定了一定的基础。     

顺层边坡岩体结构稳定性位移理论

 岩体顺层边坡的破坏主要表现为溃屈和剪切滑动。通过对顺层边坡岩体结构屈曲和后屈曲变形因素的分析,提出了以位移形式表示的层状边坡溃屈破坏的上限值。根据边坡岩体渐进性破坏的机理得出了不同情况下边坡岩体剪切滑动破坏的极限长度, 给出了顺层边坡岩体结构的稳定性位移判据。     

顺层边坡不同开挖锚固过程力学响应模型试验

为深入认识施工期顺层边坡变形与应力调整规律,开展了不同开挖与锚固过程顺层边坡地质力学模型试验,分析了边坡不同部位对不同开挖坡率、锚固次序等施工过程的力学响应规律。试验结果表明:①顺层边坡开挖响应主要受卸荷回弹与层面滑移影响,卸荷回弹效应由开挖方量控制,层面滑移对开挖振动响应显著;开挖后边坡上部主要表现为结构面滑动变形,中部及下部主要表现出卸荷回弹特征。②测点与坡面的距离直接影响测点对开挖的响应,靠近开挖面测点位移大,远离开挖面测点位移小,且边坡变形随开挖坡面变陡呈增加趋势。③预应力锚筋不同张拉次序会引起边坡不同的响应规律。单侧顺序张拉时,距离锚筋较远的岩体呈现受拉特征,易导致岩体中原有裂隙张开或出现新裂隙;中间到两侧对称张拉时,基本所有岩体均呈现受压特征。建议采用对称张拉次序,避免单侧张拉。     

软硬互层边坡岩体的蠕变特性研究及稳定性分析

岩体的蠕变性是影响边坡变形与长期稳定性的重要因素之一。以清江水布垭坝址区马崖高边坡为例，针对边坡内具代表性的软岩和硬岩，通过开展室内岩石压缩蠕变试验，研究了不同类型软、硬岩石的蠕变破坏特征，据此建立了岩石的流变本构模型并进行参数辨识。在此基础上，应用三维粘弹塑性方法对马崖高边坡的时效变形及稳定性进行数值分析，探讨了边坡在开挖卸荷及泄洪冲切（运行期）等工程荷载作用下岩体的蠕变变形及塑性区发展。研究结果表明，软硬互层边坡岩体的蠕变效应十分显著，对于大规模开挖的岩质高边坡而言，岩体的蠕变特征不仅影响到边坡的位移量值，而且改变了边坡的位移形态。在工程长期运行过程中，岩体蠕变引起的应力场变化使得坡体内塑性区分布由坡面向坡内延伸，按流变10a计，其延伸深度可达数十米。     

节理岩体爆破开挖过程的动态卸载松动机理研究

提出岩体爆破开挖过程中初始应力场的卸载是一动态过程的观点，并利用波动理论分析了岩块在初始应力场瞬态卸载条件下的运动过程。研究表明，瞬间卸载条件下，岩块除产生弹性回复位移外，还会发生水平向的刚体位移，导致岩体结构面被拉开，岩体产生水平向松动现象。岩体初始应力较高条件下。动态卸载引起的岩块水平刚体位移远大于弹性回复变形值。计算结果同时表明，岩体结构面的张开位移与初始应力的平方近似成正比。岩体初始应力场的动态卸载过程能较好解释节理岩体开挖过程的松动机理。     

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。     

大型复杂岩质高边坡安全监测与分析

 岩石高边坡稳定性是水电站建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸开挖高边坡地应力高、断层裂隙发育、岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别突出。介绍左岸边坡的监测布置,并对岩体表面变形趋势、空间分布形态、变形与开挖的关系进行分析,对多点位移计变形大小、岩体变形与结构面的关系进行探讨,对平洞石墨杆收敛计变形、谷幅平距观测、锚索荷载和抗剪洞变形等监测结果进行综合分析,得到边坡岩体的变形规律。研究结果表明,锦屏一级水电站左岸边坡岩体受开挖影响的范围较大,超过80 m,边坡岩体卸荷松弛变形量级较大,边坡岩体应力释放与转移过程较长,边坡达到完全稳定需要的时间较长。该工程的监测成果可供其他类似工程参考和借鉴。     

某边坡锚杆应力状态测试与分析

根据三峡临时船闸及升船机高边坡系统锚杆应力状态的监测成果 ,结合测点地质条件 ,详细分析了锚杆应力的边坡开挖效应、温度效应和时效变形效应。论证了锚杆对岩体时效变形的控制作用和岩体反复变形对锚杆作用效果的弱化作用     

Comprehensive evaluation of the stability of the left-bank slope at the Baihetan hydropower station in southwest China

The stability of the left-bank slope is a crucial geological engineering problem at the Baihetan hydropower station, China. Due to continuous excavations on the rock slope, different regions of the surrounding rock mass undergo varying degrees of unloading deformation. It is important to assess the stability of the rock slope from a macroscopic viewpoint by investigating its deformation characteristics and mechanisms. Therefore, in this work, microseismic (MS) monitoring was first employed to detect the progressive rock mass damage in the rock slope subjected to excavation, including the initiation, propagation, coalescence, and interaction of rock microfractures. Numerical modeling was subsequently performed to understand the deformation and failure mechanism of the rock slope. Moreover, traditional surveying approaches (i.e., multiple-point extensometers and inclinometers) and field observations were also used to analyze the deformation and failure characteristics of the rock slope. The MS monitoring results showed that spatiotemporal regularities in the evolution of seismic source locations were indicators of deformation failure and potential sliding surfaces. MS event clustering can be used to delineate activated pre-existing geological structures (i.e., LS331 and LS337). The simulation results show that the deformation and failure characteristics of the rock slope are mainly controlled by pre-existing weak structural planes (i.e., the intraformational faulted zones LS3319, LS331, and LS337 and fault F17). These results agree well with the results of geological data and conventional monitoring data. Our study reveals that an integrated approach combining MS monitoring, numerical modeling, traditional surveying, and field observations leads to a better understanding of the behavior of the rock slope under the influence of excavation as well as greater control of the working faces, ensuring safety under complex geological and excavation conditions.     

非贯通节理岩体的边坡稳定变形分析

采用各向异性损伤张量考虑岩体中非贯通节理的几何力学效应。通过数值分析讨论高陡边坡在开挖形成过程中受节理组几何分布的影响程度及岩体变形情况，从而为边坡开挖设计及监测方案选择提供科学依据。     

反倾层状岩质高边坡开挖变形破坏机理研究

在龙滩工程工程地质条件、地应力测试和试验洞变形监测结果综合分析的基础上,建立了地质概化和边坡施工开挖模型。以监测信息为基础,假定初始地应力场近似符合线性分布,采用二维显式有限差分法对龙滩工程左岸进水口边坡1-1剖面进行了自重平衡和开挖施工的模拟。由分析获得了反倾层状岩质高边坡临界节理发展、节理张开度和变形等边坡破坏因素之间的规律。通过对开挖到480 m平台和313 m平台时情况的对比分析,找出了开挖对边坡破坏的影响,即会使临界节理发育和节理张开尺度增大。通过离散元程序(UDEC2D3.1)对边坡开挖的模拟分析,客观评价了边坡的稳定性及其可能的破坏形式。     

Estimating the excavation disturbed zone in the permanent shiplock slopes of the Three Gorges Project, China

The stability and deformation of the permanent shiplock slopes are among the key issues in the design and construction of the Three Gorges Project. The permanent shiplock slopes, formed by deeply and steeply cutting into weathered and fresh granites, are 1607 m in length and 50–170 m in height. The disturbed zone in the permanent cut slopes induced by excavation is therefore one of the most important aspects in slope stability and deformation evaluation. A comprehensive investigation including non-linear finite element analysis, in-situ testing, instrumentation and monitoring, back analysis and rock mass quality rating has been carried out for the identification and evaluation of the excavation disturbed zone in the permanent cut slopes. The results of the investigation confirmed the existence of such an excavation disturbed zone in the permanent cut slopes. This zone is characterized by a considerable weakening in the mechanical properties of the rock mass. From the cut surface to the deeper region of the permanent cut slopes, the excavation disturbed zone can be further divided into a damaged zone, an affected zone and a slightly affected zone according to the extent of weakening in the rock mass. The damaged zone and the affected zone have thicknesses of 5–10 m and 10–20 m, respectively. The exact pattern of the excavation disturbed zone is variable in different parts of the permanent cut slopes and are generally similar to that of the plastic zones estimated by using the non-linear finite element analysis. The present investigation has provided both factual data and insights for the stability and deformation evaluation of the permanent shiplock slopes. The approach and methodology developed in the paper can be used to assess similar excavation disturbed zones in other large cut slopes.     

500 m级超高边坡时效变形特征及长期稳定性研究

水电站坝前工程边坡的变形稳定问题是近年来水电工程界关注的热点话题。相关监测成果表明,自开挖期完成,工程边坡将先后经历开挖卸荷变形期、蓄水边坡变形调整期和长期变形收敛期3个阶段。本文以西部地区某巨型水电工程左岸500 m级超高坝前工程边坡为例,从边坡基本工程地质条件和边坡变形监测资料入手,在对各阶段边坡变形影响因素深入分析的基础上,通过工程岩体流变试验确定了边坡岩体的流变力学模型,采用人工神经网络监测反馈分析方法开展了边坡岩体流变变形的监测反馈分析,获得了边坡岩体的流变参数,并以此为基础开展了边坡长期变形趋势的预测研究,成果可为边坡长期稳定性安全评价提供依据。     

露天边坡与山坡复合体变形随机介质预测方法的研究

露天边坡岩体工程开挖 ,将使周边岩体产生移动和变形 ,从而严重地威胁着边坡本身及周边环境的安全。应用随机介质理论方法建立了岩体开挖量对变形影响大小的预测模型 ;并依据实例对移动参数进行了回归分析 ,然后 ,对后续开挖将产生的变形值大小进行预测 ,为安全生产提供决策依据