水岩循环作用下变质砂岩力学参数劣化试验研究

为研究水岩循环对变质砂岩力学参数的影响,基于室内岩石水岩循环试验,对岩石主要力学参数在水岩循环过程中的弱化特性及弱化机理进行了研究。结果表明：水岩循环次数与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力以及内摩擦角的变化呈负相关关系,与泊松比的变化呈正相关关系;水岩循环初始阶段各项力学参数的变化速率较快,但随着循环次数的增加最终趋于平缓。经过对28次水岩循环后岩石各项力学参数的劣化度D值分析认为,水岩循环对各项力学参数的敏感度为：泊松比＞抗拉强度＞黏聚力＞弹性模量＞内摩擦角＞单轴抗压强度。通过对水岩循环过程中岩石微观结构变化的分析表明,易水解矿物的溶蚀耗散、溶蚀裂隙的扩展延伸、溶蚀碎屑颗粒脱落等效应,是本试验岩石力学损伤的主要原因。利用回归分析建立了力学参数随循环次数变化的回归模型,并验证了其可靠性,基于试验结果及模型分析认为,经过16次水岩循环以后的岩石力学参数趋于平稳,因此选用16次水岩循环后的岩石力学参数进行工程设计是较为可靠的。     

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。     

反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度计算

倾倒破坏是反倾层状岩质边坡一种主要的变形破坏模式。基于悬臂梁极限平衡理论研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。以地质分析为基础,基于梁板上、下层面间的正应力为三角形分布的假设,根据悬臂梁极限平衡分析模型,通过物理力学解析,开展反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度的研究,并推导出其计算公式。通过对一个工程实例的计算,得出其折断深度与实际现场调查的倾倒变形发育相近,并采用离散单元法(DEM)数值模拟手段进行了分析验证。实例计算表明,推导的公式能较准确地计算反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有一定的理论指导意义和应用价值。     

考虑降雨和蒸发条件的非饱和朗肯土压力计算分析

降雨和蒸发会引起非饱和土体中水分的改变,从而导致基质吸力的变化。针对降雨和蒸发对非饱和土压力的影响,将稳定状态下非饱和土中的水流控制方程运用到朗肯土压力计算中,同时考虑中间主应力的影响,推导出降雨和蒸发条件下主动土压力公式和被动土压力公式,克服了朗肯土压力的不足。研究结果表明:降雨条件下,随着中间主应力参数b的增大和降雨强度的减小,主动土压力逐渐减小,被动土压力逐渐增大;蒸发条件下,随着中间主应力参数b和蒸发强度的逐渐增大,主动土压力逐渐减小,被动土压力逐渐增大。在进行土压力计算时,考虑降雨、蒸发和中间主应力的影响,更符合实际情况,更能发挥非饱和土体的自身性能。     

高拱坝谷幅变形机制及非饱和裂隙岩体有效应力原理研究

蓄水期谷幅变形影响着高拱坝当前工作性态和长期安全状况,但拱坝设计方法中尚没有相关的评价标准。首先总结蓄水期高拱坝坝址谷幅变形规律和常规数值方法计算的难点。从裂隙水压力的作用规律出发,在弹塑性模型屈服函数中引入静水压力,并应用于锦屏一级拱坝蓄水期计算分析。计算结果与监测值符合良好,初步解释谷幅收缩等坝址区山体变形现象。探索蓄水初期裂隙岩体的细观变形机制,提出非饱和、非贯通裂隙岩体中的有效应力原理。结果表明,裂隙水压力改变岩体平衡状态,是蓄水后坝址区岩体产生塑性变形的主要驱动力。     

猴子岩水电站深埋地下厂房开挖损伤区特征分析

 以猴子岩水电站地下厂房为研究对象,利用常规测试和微震监测技术,对开挖过程厂房高边墙围岩损伤区进行现场原位试验。基于一系列常规测试和微震监测结果分析,揭示了围岩变形破坏特征,得到厂房开挖卸荷过程围岩裂隙的萌生、发育和扩展的演化过程,分析了围岩开挖损伤区范围、裂隙演化与施工动态之间的相互关系,探讨了开挖损伤区的形成和演化机制。研究结果为猴子岩水电站地下厂房开挖、支护设计、围岩变形特性和地质资料分析提供了参考依据。相关研究工作作为地下厂房开挖、支护参数设计的重要依据,取得了较好的经济效益,对类似地下工程的设计施工有一定的参考价值和借鉴意义。     

我国倾倒变形体发育规律研究

倾倒变形体发育规律研究在倾倒变形防治规划及水电工程选址中具有重要意义。统计国内的倾倒变形体,有助于分析我国倾倒变形体发育规律。根据倾倒变形体的分布提出倾倒变形体区域地质易发性分区研究范围,选取地貌、地层时代、地震烈度、构造应力分布为影响因子,针对倾倒变形体进行区域地质易发性区划评价。选择在西部地区发育的11条主要河流上的水电工程倾倒变形体进行地理位置易发性区划评价,分析不同等级中倾倒变形体分布特点与发育要素(岩性、坡高、坡角、发育高程、水平及垂直发育深度)的对应关系。结果表明:倾倒变形体主要分布在四川、青海、云南3省;横断山脉“极大、大起伏高山”区属于倾倒变形体地质极易发区;雅砻江中游、澜沧江中上游、黄河上游、大渡河上游、岷江上游等河流属于倾倒变形体地理位置易发性较高区段。通过此研究,可为西南倾倒变形体防治规划及水电工程选址提供一定的参考依据。     

不排水条件下轴向加卸载时结构性土的力学特性探讨

 为研究结构性土在不排水条件下的力学特性,开展固结不排水条件下初始应力各向异性结构性土、各向同性结构性土及重塑土在25,50,100,200及400 kPa共5种围压下的三轴加卸载试验,并利用二元介质概念对试验现象进行了分析。结果表明：结构性土在固结应力较低时结构性保持较好,存在明显的结构屈服强度,不同应力循环中平均模量无明显变化;固结应力较高时结构性减弱,表现为与重塑土相似的特性,受结构性减弱及正孔压等因素影响,平均模量随εa增加而减小;结构性土胶结元破损率与摩擦元中土颗粒间距随轴向应变增加而增大,卸载时体缩趋于明显。     

大型地下厂房含蚀变带围岩变形特征与机理分析

大型地下厂房的洞室开挖规模较大,围岩稳定问题突出;而当厂区蚀变带发育时,围岩发生大变形的风险可能骤增。依托丰宁电站主厂房洞室开挖工程,结合地质资料和监测数据,对大型地下厂房含蚀变带围岩的变形特征与机理进行了分析。结果表明:开挖边墙变形普遍较大,多个监测值超过50 mm;开挖规模较大的区域变形更大;受蚀变影响的围岩时效变形明显。分析认为丰宁电站主厂房围岩变形受到蚀变带、大规模开挖和地应力的综合影响:沿结构面广泛分布的蚀变带削弱了岩体质量,成为大变形的内因;大规模开挖造成围岩卸荷损伤,创造了大变形的条件;而与厂房纵轴线大角度相交的地应力大主应力则放大了前两者的不利影响,最终导致大变形发生。     

锦屏一级水电站库区谷幅时变特征及因素

锦屏一级水电站为世界最高的双曲拱坝,为了保证坝体的安全运行,以库区谷幅伸缩变形为研究对象,分别分析谷幅在前期开挖阶段、初期蓄水阶段和长期蓄水阶段的伸缩变形特征以及主要影响因素。研究结果表明:在前期开挖阶段,谷幅处于收缩变形加速期,变形速率在每月-0.65mm左右,变形量达到40mm;初期蓄水阶段,谷幅的收缩变形速率在每月-0.5 mm左右,变形速率有减小的趋势;长期蓄水阶段,库区蓄水水位在1 880m-1 800m-1 880m之间循环了4个周期,从前2个周期可以看出库区谷幅的伸缩变形与水位的变化表现出一定的滞后特征;随着蓄水时间的增长,谷幅逐渐只产生微量的收缩-拉伸变形。分析谷幅变形的主要影响因素可以发现,在前期开挖阶段谷幅变形主要由开挖后的卸荷回弹造成,后期蓄水阶段谷幅伸缩变形主要由左岸坡体的结构变形所产生。