川西某水电工程气垫调压室原地应力及相关岩体特性参数的测量与应用分析

为论证某水电工程高压洞室的方案设计,采用水压致裂技术对高压洞室的原地应力及相关岩体力学参数进行细致的测试.测量结果表明,测点洞段围岩的最小主应力值为5.6～7.9 MPa,最小主应力状态为近水平;测点洞段围岩的抗劈裂强度一般为6.0～8.0 MPa,围岩自身具有较强的承载能力;在7.0 MPa高压下洞壁围岩的透水率大多小于1.0 Lu.因此,该洞段岩体具备较为理想的岩体力学特性,是修建高压力洞室的较好位置.但在规模庞大的高压洞室岩体内的极个别张性裂隙带,由于其承载能力弱,串通性强,高压下漏水严重,是无衬砌高压洞室工程建设的一大隐患.对此进行卓有成效的高压灌浆处理,显著提高围岩结构的完整性,增强其高压封闭功能,这是工程建设成败的关键.     

高地应力环境下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律实测与数值分析研究

在高地应力环境下的软弱围岩中修建深埋长隧道，软弱围岩流变一是个突出的工程地质问题。位于兰新铁路上的乌鞘岭深埋长隧道工程在穿越宽达785m的断层F7时，软弱围岩发生了显著流变，围岩最大收敛变形超过1m，对支护结构造成严重破坏。首先，在对乌鞘岭深埋长隧道进行长期围岩收敛变形的基础上，分析乌鞘岭深埋长隧道左、右主洞的收敛变形规律，其研究结果表明左线主洞的收敛变形均大于右线主洞，这是由于进行右线主洞施工时吸取了左线施工的经验；然后，利用FLAC^3D对乌鞘岭深长隧道软弱围岩流变进行数值研究，数值分析结果与实测结果较为一致；最后，提出对软弱围岩流变进行工程治理的6条原则。     

尼泊尔上塔马克西水电站三维地应力测试分析

采用三维水压致裂技术对尼泊尔上塔马克西水电站站址地应力进行细致的测试。与国外同期同一区域的测试数据对比,该测试结果更为准确,测试方法更有效。测点处最大主应力1=17.00 MPa,方向近NS向,倾角较小,近似水平作用;中间主应力2=13.39 MPa,近EW向,倾角小,呈水平作用;最小主应力3=8.07 MPa,其作用趋势向下,体现出地壳应力和自重应力共同作用的结果。按照强度应力比评定标准可知,该工程区域为中等偏高应力状态;根据测试结果计算应力张量特征参数,结果显示该区域地应力场呈现压剪特征,且较大的剪切作用是该区域地质构造活动频繁的主要原因之一。测试工作有助于准确把握工程区域应力状态,同时也为研究喜马拉雅山脉南麓的地壳运动及断层活动性提供极为重要的科学依据。     

工程区地应力场的综合分析法研究

针对如何准确确定工程区地应力场提出了综合分析法,即利用断层力学分析法、原地应力实测和数值模拟综合分析工程区地应力场,以期得到更为全面准确的结论。断层力学分析法可以和原地应力实测相互支持映证,并为数值模拟提供依据,而数值模拟可以帮助深刻理解地质条件对实测数据的影响,同时能很好地展现地应力场的三维分布。文中以位于山东胶东半岛的一个研究实例来展示该方法的有效性。工程区地质构造活动主要受近 EW 晚更新世活动断裂控制,利用断层力学分析法可得该区域三向主应力关系应为 S _H > S_V> S_h ,最大水平主应力的方向应为 N60 º E — N120 º E 。实测结果显示该区域应力状态有利于走滑断层活动,且最大水平主应力方向 N66.6 — 87.6 º W 。依据室内实验数据和工程地质调查结论,构建三维数值模型,模拟分析工程区的应力场,分析得到工程区的应力场三维分布特征,数值模拟结果与原地实测的结果较一致。综合分析数值模拟和工程地质调查结果,原地应力测值受地质构造影响较为明显,数值模拟结论能较好地代表完整岩体区的应力分布状态。     

高黎贡山深埋隧道地应力特征及岩爆模拟试验

 以中国西南地区地质作用最复杂的高黎贡山越岭隧道为例,在隧道工程地质条件分析的基础上,对最可能发生岩爆的花岗斑岩进行真三轴岩石力学试验测试,并结合原位地应力测量结果,确定不同工况下岩爆模拟试验的三向应力量值和加载、卸载方式。岩爆模拟试验结果表明,单纯卸载和卸载–加载方式都可以出现岩爆,但卸载–加载方式的岩爆明显比单一卸载方式的岩爆要强烈,说明隧道开挖后二次应力分布引起的应力集中对岩爆的发生起着十分重要的作用。岩爆破坏过程通常具有渐进性,一般先在试件表面出现岩屑剥落,有时伴有裂纹的扩展,最后才会发生岩块的弹射现象。绝大多数试件岩爆具有明显的滞后性,表现为加载或卸载一段时间后才发生岩爆;而岩爆过程持续时间却非常短(1 s左右),具有明显的瞬时性。声发射监测结果显示,花岗斑岩在外部荷载作用下声发射强烈,对岩爆具有较好的前兆性。上述模拟结果和认识对于地质条件复杂的造山带深埋隧道工程建设具有重要的参考价值。     

尼泊尔上塔马克西水电站厂房区岩体水力承载能力测定与分析

岩体的水力承载能力是水利工程区域岩体承受高水头作用的能力。应用水力阶撑劈裂试验对尼泊尔上塔马克西水电站厂房区岩体进行了测试,试验工作包括9个测段。结果显示在厂房区左侧围岩岩体抗劈裂能力较高,最大达到10.5MPa,最小为9.2MPa;厂房右侧围岩各测段抗劈裂强度最大值为7MPa,最小6.7MPa;厂房底部围岩抗劈裂强度最大值9.5MPa,最小值为8.6MPa,说明该工程区具有较好的抗渗透能力。测试数据不仅为厂房设计施工提供了准确的依据,也为了解喜马拉雅山南麓地区岩体相关参数提供了参考。     

乌鞘岭长大深埋隧道围岩变形与地应力关系的研究

乌鞘岭长大深埋隧道横穿祁连山东麓，长达20050m，最大埋深1050m。在千枚岩夹板岩及构造角砾岩等软弱岩层洞段的隧道开挖过程中，围岩强烈变形，水平最大变形达1034mm，拱顶最大下沉量达1053mm，由此导致支护失效甚至型钢钢架被严重扭曲，且持续变形不收敛。原地应力测量研究表明，该洞段具有明显的现今构造应力作用，最大主应力的作用强度为20-22MPa，现今地应力状态的总体特征为σH≥σV〉σn。分析认为，隧道围岩的变形是在较强的构造应力与垂直重力的共同作用下，由于未及时支护，软弱围岩不能承受该作用力，以致产生持续性流变大变形。工程实践表明，围岩应力状态是支护设计的依据，而适时支护是非常重要的。允许围岩适度变形，使围岩应力得以适度释放。选择在流变大变形尚未形成，围岩尚未丧失其抗载能力的时刻，及时进行衬砌支护，这对确保围岩稳定和支护安全具有重要意义。     

地下硐室围岩应力状态及相关参数测量结果的分析与评价

在深埋及压力硐室工程中,采用水压致裂法测定围岩三维应力状态,宜首先判定围岩应力的分布状况。在具有应力松弛圈、应力集中区与不受开挖影响的正常应力分布域情况下,只有分别进行计算分析,才能更为真实地揭示出硐壁围岩的三维应力分布特征。对于确定压力硐室围岩自身承载能力的水力劈裂测试成果,只有结合裂隙性状、岩层结构状况等进行全面分析,才能准确评价围岩的抗载强度。由于在高压力作用下,岩体中存在的软弱结构面有可能被张裂或扩展,从而改变岩层的透水性,因此只有按照工程运行状态下围岩实际承受的压力进行高压压水测试,才能得到岩层透水性的可靠资料。     

地下硐室围岩应力状态及相关参数 测量结果的分析与评价

 在深埋及压力硐室工程中，采用水压致裂法测定围岩三维应力状态，宜首先判定围岩应力的分布状况。在具有应力松弛圈、应力集中区与不受开挖影响的正常应力分布域情况下，只有分别进行计算分析，才能更为真实地揭示出硐壁围岩的三维应力分布特征。对于确定压力硐室围岩自身承载能力的水力劈裂测试成果，只有结合裂隙性状、岩层结构状况等进行全面分析，才能准确评价围岩的抗载强度。由于在高压力作用下，岩体中存在的软弱结构面有可能被张裂或扩展，从而改变岩层的透水性，因此只有按照工程运行状态下围岩实际承受的压力进行高压压水测试，才能得到岩层透水性的可靠资料。