拱坝坝肩岩石流变力学特性试验研究及其长期稳定性分析

采用岩石全自动三轴流变伺服仪,对小湾水电站两岸山体的蚀变岩进行三轴流变力学试验,得到岩石典型的流变全程曲线.流变试验结果表明:较高应力水平条件下,蚀变岩具有较为显著的流变特性,流变变形量大,流变速率快.基于试验结果,研究蚀变岩在不同应力水平下流变变形随时间的变化规律,分析试样的流变破裂形式与机制,掌握了蚀变岩三轴流变的基本特性.采用Cvisc流变模型对蚀变岩流变试验曲线进行辨识,得到相应的流变力学参数;基于三维非线性数值分析方法,采用黏弹塑性流变本构模型,模拟小湾水电站长期运营条件下的流变力学行为,并与弹塑性计算条件下进行对比分析.结果表明:小湾水电站拱坝及坝肩岩体长期流变变形明显大于弹塑性变形;考虑岩石流变作用使得应力场随时间增长发生重分布,局部应力集中现象有所缓解;坝肩岩体受力初期表现出较为显著的流变特性,流变一定时间后,流变速率变得恒定平稳,流变变形趋于稳定.     

SMW工法桩在地铁车站盾构井围护结构中的应用

采用SMW工法桩作为地铁车站盾构井围护结构的工程案例较少,类似工程的设计与施工缺少必要的工程经验作为借鉴。某地铁车站采用了SMW工法桩作为盾构井围护结构,施工过程中出现了洞门渗漏水的问题,结合工程险情的处理,对SMW工法桩在盾构工作井围护结构中的应用进行了探讨,形成如下结论:在保证洞门安全稳定的基础上,SMW工法桩具有很好的经济性;设计中应细化型钢拔出和洞门处理措施,并结合承压水影响确定端头井加固深度;施工中应统筹型钢拔除与盾构机掘进时间,拔除型钢时应严格履行洞门破除的管理流程,确保盾构进出洞安全。更多还原     

Creep properties and permeability evolution in triaxial rheological tests of hard rock in dam foundation

Triaxial creep tests were carried out under seepage pressure by using rock servo-controlled triaxial rheology testing equipment. Based on experimental results, rock rheological properties influenced by seepage-stress coupling were studied, and variations of seepage rate with time in complete creep processes of rock were analyzed. It is shown that, when the applied stress is less than failure stress level, the creep deformation is not obvious, and its main form is steady-state creep. When applied stress level is greater than or less than but close to fracture stress, it is easier to see the increase of creep deformation and the more obvious accelerative creep characteristics. The circumferential creep deformation is obviously higher than the axial creep deformation. At the stage of steady-state creep, the average of seepage flow rate is about 4.7×10⁻⁹ m/s at confining pressure (σ ₃) of 2 MPa, and is about 3.9×10⁻⁹ m/s at σ ₃ of 6 MPa. It is seen that the seepage flow rate at σ ₃ of 2 MPa in this case is obviously larger than that at σ ₃ of 6 MPa. At the stage of creep acceleration, the seepage flow rate is markedly increased with the increase of time. The variation of rock permeability is directly connected to the growth and evolution of creep crack. It is suggested that the permeability coefficient in complete creep processes of rock is not a constant, but is a function of rock creep strain, confining pressure, damage variable and pore water pressure. The results can be considered to provide a reliable reference for the establishment of rock rheological model and parameter identification.     

韧性岩石常规三轴压缩试验及变形与损伤演化规律研究

 利用岩石全自动三轴伺服仪,对向家坝水电站坝基挤压带强风化砂岩进行不同围压下的常规三轴压缩试验,并对岩石变形和破坏机制进行研究。试验结果表明：该强风化砂岩表现出显著的非线性变形和延性破坏特征,属于韧性岩石。在偏压作用下,岩石轴向和侧向应变分别为5%和4%,体积膨胀量为4%以上。岩石变形力学参数随荷载的变化而变化,随偏应力的增大,岩石弹性模量减小,泊松比增大。围压可提高岩石抵抗变形和破坏的能力,围压越大,岩石发生扩容的起始偏应力越大。基于密度方法研究岩石损伤演化规律。加载初期,岩石被压密,处于无损阶段;当偏应力超过一定水平时,岩石出现损伤,且损伤量与等效应变呈线性关系,密度损伤阈值低于0.12。试验结果对向家坝水电站坝基稳定性分析有重要参考价值。     

含弱面砂岩非线性黏弹塑性流变模型研究

 利用CSS–3940YJ型岩石剪切流变试验机,对向家坝水电站左岸坝基挤压带含弱面砂岩进行剪切流变试验。试验结果表明：该岩石属于典型的软岩,在恒定剪应力水平下具有显著的亚稳定蠕变特性。在应力达到一定水平时,岩石经过衰减和亚稳定蠕变之后发生加速蠕变破坏。根据含弱面砂岩剪切蠕变特性,对非线性流变元件进行改进,定义其在应力阈值前后分别等同于牛顿黏壶和非线性黏塑性体。将改进的元件与广义Kelvin模型串联,组合成四元件流变模型。该模型可以充分反映岩石亚稳定蠕变和加速蠕变特征,并具有结构简单、参数少的优点。推导四元件流变模型的本构方程,从理论上对岩石非线性蠕变特性进行分析。采用所建立的模型对岩石进行剪切流变力学参数辨识,并研究应力水平超过阈值后的参数辨识方法。通过模型计算结果与试验结果的比较,对提出的非线性黏弹塑性流变模型进行验证,显示所建模型的正确性与合理性。     

向家坝水电站坝基挤压带岩石三轴蠕变试验及非线性黏弹塑性蠕变模型研究

 基于岩石常规三轴蠕变试验成果,研究向家坝水电站坝基挤压破碎带砂岩蠕变力学特性,分析岩石轴向和侧向蠕变规律。在低应力水平下,岩石仅发生衰减蠕变和稳态蠕变,而且稳态蠕变阶段的应变速率为非零常数,蠕变量不可忽视,岩石变形满足Burgers蠕变模型。当应力达到一定水平时,岩石经过衰减蠕变和稳态蠕变之后发生加速蠕变破坏。不同围压下蠕变破坏特征不同,尤其是加速蠕变启动时间的差别较大,据此提出加速蠕变启动元件。通过将加速蠕变启动元件与Burgers模型串联,建立一个新的岩石六元件非线性黏弹塑性蠕变模型,并从理论上对其蠕变力学特性进行讨论。推导三维应力状态下的岩石蠕变本构模型公式,研究蠕变参数辨识方法。通过与试验曲线的比较,显示所建非线性蠕变模型的正确性与合理性。     

向家坝水电站含弱面砂岩剪切蠕变试验研究

向家坝水电站左岸坝基开挖过程中揭露出挤压带,该挤压带砂岩岩体质量差,其显著的蠕变变形对水工建筑物的安全稳定性不利.利用CSS-3940YJ型岩石剪切流变试验机,对挤压带含弱面砂岩进行剪切蠕变试验.试验结果表明:该岩石蠕变量大,破坏前剪应变为1.73%～8.05%,具有显著的延性特征,属于典型的软岩.正应力提高了岩石的延性特性.在恒定正应力下,岩石蠕变速率随剪应力水平的增大而增大.基于采集的大量试验数据,采用差分法求得每一时刻的蠕变速率,并利用幂函数对蠕变速率曲线进行拟合,分析表明蠕变稳定所需时间随剪应力水平的增大而增大.通过对破坏断口的分析发现:岩石内部微裂隙随剪应力水平和时间的增长而不断扩展直至贯通,致使岩石发生剪切破坏.该研究成果对向家坝水电站坝基工程有重要参考价值.     

复杂楔形体组合下的岩质高边坡稳定分析

金沙江白鹤滩水电站左坝肩下游岩质高边坡受多组楔形体组合,其在拱端推力下的稳定性及工程施工下对左坝肩岩体的影响,对该工程意义重大.探讨了基于三维可变形离散元和大变形拉格朗日有限差分法相结合的方法,从定性和定量分析的角度,分析了白鹤滩水电站左坝肩下游楔形体的破坏运动模式、先后解体顺序、拱端推力下及工程施工下的稳定性及对左坝肩岩体的影响.根据上述两方法相结合的数值分析结果(安全系数小于1.1),并结合现场工程地质评价,认为在自然边坡及蓄水条件下,左坝肩下游高边坡属于潜在不稳定边坡,需进一步研究.     

小湾拱坝动力时程分析及安全评价

利用FLAC3D有限差分法程序,采用云南剑川自然地震波,对小湾水电站进行了动力时程分析,研究了高拱坝在地震荷载作用下的安全稳定性.结果表明:地震动力响应与地震波的频谱有直接关系;坝体位移变化取决于地震荷载持续时间、质点振动幅度和振动强度;地震荷载作用下的拱坝坝体特征点安全系数与地震波振幅及振动频率有关,点安全系数波动规律与地震波谱相似.     

坝基硬岩蠕变特性试验及其蠕变全过程中的渗流规律

 采用先进的岩石全自动流变伺服仪,对坝基坚硬岩石变质火山角砾岩进行渗透水压力作用下的三轴流变力学试验。基于试验结果,研究变质火山角砾岩在不同围压下的蠕变特性,并分析岩石蠕变全过程中渗流速率随时间的变化规律。研究结果表明,当所施加应力水平小于岩石破裂应力水平时,变质火山角砾岩轴向蠕变变形不明显,且主要表现为稳态蠕变;当施加应力水平大于或小于但接近岩石破裂应力水平时,出现明显蠕变变形,蠕变速率开始增加,且发生加速蠕变破裂,表现出较为明显的加速蠕变特性。变质火山角砾岩环向蠕变变形量明显大于轴向蠕变变形量,表现出明显体积扩容现象。变质火山角砾岩稳态蠕变阶段的渗流速率随时间变化不大,但加速蠕变阶段的渗流速率明显增大,围压2 MPa下变质火山角砾岩的渗流加速度大于围压6 MPa下的渗流加速度。试验结果旨在为岩石流变本构模型及参数辨识提供可靠的试验依据。