考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行.通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性.研究结果表明:该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间.     

考虑卸荷效应的岩质边坡断裂损伤模型及应用

 岩质边坡在开挖过程中会引起内部的缺陷不断劣化,以致在部分区域形成贯通,进而发展成宏观裂缝导致边坡失稳。将边坡的开挖过程等效为在开挖面施加等效荷载并逐渐减小至零的过程。在此等效开挖的过程中,坡面一定范围内的裂隙会处于拉剪应力状态,以连续介质力学为基础,结合损伤力学以及断裂力学,推导出裂隙在受拉剪应力状态下的损伤演化本构模型。利用宏观的体积模量反映岩体的损伤程度,并定义破坏度用以表征实际岩体内部的破坏情况,在FLAC3D中开发并实现裂隙岩体卸荷损伤模型的计算。以广西凤山石灰岩建材矿山为例,计算并分析考虑及不考虑卸荷损伤两种工况的位移值及塑性区,证明了该模型的正确性以及能更准确的反映坡体内部的真实情况。对比分析开挖卸荷后岩体的损伤度及破坏度后发现,以破坏度反应岩体的损伤情况,可以更加直观和准确地确定岩体的稳定程度。     

雅砻江官地水电站料场边坡开挖扰动及其影响因素

 对雅砻江官地水电站竹子坝料场开挖高边坡稳定性及其影响因素进行深入研究;在对边坡失稳破坏模式及岩体力学参数进行分析的基础上,对典型代表性的坡段开挖过程进行非线性有限元模拟,得到边坡应力、位移及其塑性应变等开挖扰动特征及其断层、结构面参数、锚固措施等的影响效应,并对边坡施工过程中及长期稳定性的加固方案提出建议。研究结果表明,采用分步开挖、逐级加固的施工方案对确保边坡的稳定性是有效的,锚固支护不仅可以有效地约束变形,而且还能控制一定方向上的开挖卸荷强度,从而有效降低边坡岩体因开挖卸荷引起的强度损伤或破裂失稳。根据上述研究成果,提出在实际工程应用中进行开挖施工与加固优化的建议;作为重大水电工程的案例研究,所得结论也可对铁路、公路建设中的开挖边坡和矿山的露天矿边坡的治理工程提供一定的参考。     

嘉陵江苍溪航电枢纽船闸工程高边坡稳定性分析

苍溪船闸工程右边墙开挖后将形成最大高约40 m的岩质高边坡,其规模较大,边坡开挖后岩体卸荷变形及结构面切割形成的潜在不稳定块体对边坡的临时和永久稳定带来较大影响。文章采用赤平投影分析、CSMR法、块体稳定理论等多种方法,分析该岩质高边坡在开挖后的稳定性及卸荷变形趋势,为船闸工程的设计、施工提供支持。     

岩石边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体元方法

首先介绍了可用于边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体方法。该法把岩体视为具有弹粘塑性性质的结构面切割形成的刚性块体系统，考虑加固结构件在结构面上变形的协调条件，建立求解块体系统和加固构件系统的变形和破坏过程。然后介绍该方法小湾高洪坝坝肩和坝基开挖施工期稳定性研究中的应用情况。     

基于FLAC3D的多台阶岩质边坡的稳定性分析

为掌握多台阶岩质边坡在开挖过程中的动态变形特性及预应力锚索加固对其稳定性的影响,以具体岩质边坡工程为例,利用FLAC3D模拟分析其在开挖过程中及形成后的变形特征;对比分析两种加固方案时的加固效应。研究结果表明,开挖易使局部岩体发生破坏;预应力锚索的使用使岩体边坡的安全系数提高了21.3%;采用边开挖边支护方案能很好地约束岩体水平位移,并可有效改善边坡的应力分布。     

锦屏一级水电站左岸1885m以上开挖工程边坡预应力锚索施工质量控制

锦屏一级水电站坝肩左岸边坡地质复杂,岩体内层面、层间挤压错动带、断层及节理裂隙发育;谷坡深部岩体内地应力高,浅表部岩体由于应力释放卸荷松弛强烈,且标段区内岸上坡深部存在深部裂缝,开挖后形成522m高的人工边坡,边坡稳定问题非常突出。施工中采用了大面积的单孔多锚头压力分散型无黏结预应力锚索深层支护、框格梁及锚喷混凝土浅层支护。通过一年多的工程实践,基本完成了EL1960m以上锚索施工。经过锚索测力计、测斜孔、多点变位计等监测表明,锚固后的开挖边坡是稳定的。     

基于工程地质三维精细模型的高拱坝 坝肩处理可视化分析

 拱坝坝肩岩体的稳定与否直接关系着拱坝的安全。我国西南锦屏一级拱坝坝肩工程地质条件极为复杂,对其处理措施中设置了密集的7层洞室。采用VisualGeo工程地质三维建模系统,建立该工程整体岩级分类三维地质模型,并建立抗力岩体加固处理洞室群模型。在此基础上进行坝肩边坡模拟开挖分析及抗力岩体加固处理洞室群模拟开挖分析,得到加固处理洞室群围岩岩级分类三维地质模型。同时,进行坝肩洞室群所在的7个高程的平切分析和各洞室开挖各类岩体的体积分析,为高拱坝坝肩岩体处理设计与施工提供了直观、精确的可视化分析平台。     

叶巴滩水电站拱坝坝肩深部卸荷带影响研究

针对叶巴滩拱坝左右坝肩内存在的深部卸荷带等不良地质缺陷,采用地质力学模型试验超载法,对叶巴滩2 750 m高程拱坝和坝肩的工作性态开展平面地质力学模型试验研究。通过试验获得拱坝、坝肩及深部卸荷带的变形特性和破坏形态,探明了深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态的影响,揭示了工程的薄弱部位。研究表明深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态有明显影响,其影响程度与强松弛IV_s类岩体所处位置及与拱端附近断层的组合作用有关。位于左坝肩强松弛IV_s类岩体对拱坝和坝肩的变位、拱推力的传递影响较大,位于右坝肩的断层f29(f74)对坝肩稳定有明显影响。对左右坝肩内的这些薄弱部位需采取相应的加固措施,以改善拱坝和坝肩的工作性态。     

开挖动态卸荷对节理岩体渗透特性的影响研究

 利用应力波理论分析高地应力条件下节理岩体边坡开挖过程中的动态卸荷效应，探讨卸荷松动后节理岩体渗透特性的变化规律。研究结果表明，高地应力作用下节理岩体边坡开挖过程中的动态卸荷松动效应显著，其影响必须考虑。开挖荷载幅值、岩体弹性模量和节理分布间距等因素通过影响节理开度而影响岩体的渗透特性；岩体中完整母岩与节理岩体的结合部位往往是开挖松动较大的部位，其渗透系数变化明显。对于等间距平行节理组垂直切割的直立坡岩体，若岩体的弹性模量由坡外向坡内呈线性增大，计算得到的节理岩体渗透系数分布符合幂函数衰减规律(由坡外向坡内)；若节理岩体的弹性模量由坡外向坡内无变化，则开挖动态卸荷松动现象不会发生。     

锦屏一级水电站复杂地质条件下坝肩高陡边坡稳定性分析及其加固设计

 锦屏一级水电站是我国在建的世界最高拱坝,坝肩工程边坡高度达500 m,规模巨大。电站枢纽区地处深山峡谷地区,自然谷坡高陡,地应力水平较高,谷坡岩体卸荷强烈,并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝等不良地质现象。在地质条件详细调查基础上,分析左岸缆机平台以上的顺坡向倾倒变形体、左岸1 800 m高程以上的楔形双滑变形拉裂体等坡体结构及其破坏模式,并进行边坡稳定性分区和计算分析。根据坡体结构特点,确定少开挖、弱爆破、强支护、分区分层支护、控制整体、以面覆点的开挖施工和加固设计原则,实施以预应力锚索和抗剪洞为主、辅以锚杆、混凝土框格梁等措施的局部和整体、浅表和深层的全方位、多层次边坡加固控制体系。精细设计并严格控制施工时序、爆破技术和工艺,保证建基面岩体质量,通过动态设计和完善的管理机制确保边坡施工安全。2006年7月～2009年9月边坡监测资料表明：边坡浅表最大横向位移79.5 mm,最大垂直下沉位移52.5 mm,主要受地层岩性和坡体结构控制;深层最大变形量60 mm,最大速率0.1 mm/d,主要受深部裂缝控制;目前位移均趋于收敛,满足安全控制标准。锦屏一级水电站坝肩高边坡工程的成功实施为我国工程建设提供新的经验和借鉴。     

Safety monitoring and stability analysis of left abutment slope of Jinping Ⅰ hydropower station

Safety monitoring and stability analysis of high slopes are important for high dam construction in high mountainous regions or precipitous gorges. In this paper, deformation characteristics of toppling block at upper abutment, deforming tensile rip wedge in the middle part and deep fractures are comprehensively analyzed based on the geological conditions, construction methods and monitoring results of left abutment slope in Jinping I hydropower station. Safety analyses of surface and shallow-buried rock mas...     

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.     

坝基岩体开挖卸荷松弛效应工程特性研究坝

大岗山水电站位于大渡河中游,为混凝土双曲拱坝,坝高210m。由于河谷狭窄,谷坡高陡,地应力较高,坝基岩体开挖过程中产生了强烈的卸荷松弛。本文基于现场地质环境调查、声波检测,结合声波孔波速值和声波衰减率,分析了开挖卸荷松弛的典型特征及其松弛机理,归纳了卸荷松弛类型。通过分析岩体质量与检测成果在时间、空间上的关系得出了坝基岩体开挖卸荷松弛的时间、空间效应,并对坝基岩体开挖卸荷松弛时空效应与其建造、蚀变及构造的关系进行了地质分析研究。深入研究高拱坝建基岩体开挖松弛工程特性,可为高坝建基面的合理选择、松弛岩体工程处理提供科学依据。     

Influence of deep seated discontinuities on the left slope of Jinping I Hydropower Station and its stability analysis

This paper presents a case history detailing the development of cracks within a rock mass up to 350 m from the steeply incised valley slopes of the Yalong river in South West China, where the Jinping I dam is being constructed. The cracks have opened along previous tectonic structural features such that they penetrate further into the rock mass in the metasandstones and slates than in the marble. The presence of these cracks significantly reduces the stability of the near surface rock mass, requiring major excavation at the dam abutment. Analysis has indicated that the most appropriate way of stabilizing the slopes before the dam is constructed is by grout-infilled, specially constructed galleries which extend 60–80 m from the freshly excavated abutment.     

岩质边坡微震活动特征及其施工响应分析

 岩石高边坡稳定性是水电工程建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸边坡地应力高,断层裂隙发育,岩体卸荷深度大,地质条件复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题十分突出。介绍左岸边坡微震活动特征,并对开挖卸荷过程微震活动性时空分布规律以及与不同时段、区域的施工工况进行对比分析,对岩石微破裂萌生、发育、扩展、聚集趋势与岩体损伤关系进行探讨,得到左岸边坡微震活动与施工响应之间的相互关系。结果表明：大坝基坑、煌斑岩脉置换斜井、1 670 m雾化区边坡排水廊道开挖和边坡弱层固结灌浆引起的深部岩体卸荷松弛而诱致微震活动性,可以很好地揭示和反映现场施工工况。研究成果可供其他类似岩质高边坡工程借鉴、参考。     

高拱坝坝肩裂隙岩体的三维非线性抗震稳定性分析

在高拱坝坝肩裂隙岩体的抗震稳定性分析中 ,采用传统刚体极限平衡法分析坝肩裂隙岩体潜在滑体的安全性态 ,坝肩稳定性评价未考虑裂隙岩体变形对坝体应力的影响 ,由此计算的抗滑安全系数并不能保证坝体的安全性 ;而采用基于连续介质理论的有限元法和基于碎散介质的离散单元法分析时 ,其物理数学模型和坝肩岩体的实际情况相距甚远。为此 ,本文在安全系数强度储备概念基础上提出了动抗滑变形安全系数法 ,该方法以坝体拉应力作为坝肩岩体抗滑稳定性评价标准 ,综合考虑非线性坝体和坝基节理、裂隙岩体的动静态耦合作用 ,坝肩岩体的抗滑安全系数保证了坝体的安全 ,较传统的分析方法更为科学、合理。采用该方法 ,本文将坝肩裂隙岩体作为可以考虑局部开裂、各向异性和大变形的非线性连续体用动态接触单元模型模拟 ,对在建的小湾高拱坝坝肩裂隙岩体的抗震稳定性进行了三维动力分析。数值分析结果表明 ,在综合考虑坝体应力影响后 ,坝肩裂隙岩体的变形安全系数小于强度安全系数。因此 ,在高拱坝坝肩岩体的抗震稳定性评价中必须计及坝体应力的影响因素。     

顺层岩质路堑边坡破坏模式及设计对策

 在对大量顺层边坡进行详细调查研究基础上,总结提出顺层岩质路堑边坡的分类及8种顺层边坡破坏模式,并对较为常见的滑移–拉裂和滑移–弯曲破坏模式的稳定性分析方法进行讨论。指出在实际工程中,对于滑移–拉裂型顺层边坡,其稳定性分析可通过计算失稳岩层临界长度进行,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜先加固后开挖或边开挖边加固;对顺层清方边坡,可能出现滑移–弯曲破坏,宜采用弹性受压板稳定理论进行边坡稳定性分析后,确定分级高度和加固措施。水是诱发顺层边坡失稳的主导因素,设计中应加强防排水措施。