应力与渗流耦合作用下溪洛渡拱坝变形稳定分析

 以溪洛渡工程为例,通过对大坝基础地质条件、岩体内应力–渗流耦合作用机制的详细分析,基于现场监测数据,对大坝复杂基础的渗流耦合作用机制和渗压、水位变化规律进行分析;对比渗流场分析结果和实测结果,确定岩层的渗透参数及边界条件。建立裂隙岩体渗透特性和应力–变形的关系,采用非线性有限元方法,对施工期典型阶段的大坝基础渗流工作状态进行三维数值精细模拟分析,分析结果与现场变形和压应力监测值进行对比,得到施工期大坝复杂基础的渗透真实工作状态,预测大坝运行期的渗流工作性态,从而指导大坝现场渗控体系施工,对保证蓄水过程的施工质量和大坝安全具有重要指导意义。     

溪洛渡特高拱坝建基面嵌深优化的分析与评价

 对特高拱坝建基面嵌入深度优化的分析与评价是当前水利工程中的重点研究方向之一,具有重要的学术和工程意义,其研究成果可为制定新的优化与评价标准作参考。在分析国内外特高拱坝建基面优化分析与评价研究现状的基础上,总结特高拱坝建基面优化分析与评价的原则与工作步骤。就建设中的溪洛渡特高拱坝建基面嵌入深度的优化设计,采用三维非线性有限元法和三维地质力学模型试验,对3种建基面嵌入深度方案,即可研方案、优化方案和比较方案的坝体应力、整体稳定、超载能力等进行分析评价。论证溪洛渡拱坝基础利用III1级岩体和上部高程部分利用III2级岩体作为大坝基础的可行性;实施中的建基面嵌深采用优化方案。优化方案较可研方案减少基础开挖和大坝混凝土工程量各100多万立方米,节省直接投资约7亿元,经济效益十分显著。     

溪洛渡拱坝谷幅变形机制及变形反演和长期稳定性分析

溪洛渡拱坝在蓄水后出现持续的谷幅收缩变形,且目前谷幅变形仍未收敛,对拱坝局部附属结构稳定和整体稳定有较大的影响。通过分析溪洛渡拱坝坝址区的地质条件、蓄水后监测资料变化,阐释溪洛渡拱坝谷幅变形机制,其层间、层内错动带的渗透作用和倾角走向,在谷幅收缩变形中起到了控制作用。通过考虑孔隙水压力对应力球张量和屈服面的影响,提出考虑孔隙水压力影响的弹–黏弹–黏塑非线性蠕变模型,对溪洛渡初期蓄水后变形和稳定进行了非线性有限元分析。根据蓄水初期谷幅变形的监测资料,反演岩体蠕变力学参数,预测蓄水后及长期谷幅收缩变形趋势及对坝体的影响。经过反演分析,正常蓄水位下数值计算结果与监测值吻合良好,提出的模型能较好的反映谷幅变形过程。蓄水10 a后,边坡变形趋于收敛,但整体变形量值较大,且对左右拱端的挤压显著,需要引起关注。     

基于层状岩体卸荷演化的锦屏I级地下厂房洞室群稳定性与调控

 锦屏I级水电站地下厂房洞室群开挖支护设计与施工控制以及整体稳定性等问题十分突出,施工期已经明显呈现出高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏特征。根据锦屏I级地下厂房层状岩体力学特性,采用考虑卸荷演化的层状岩体本构模型及其数值模拟方法,反演获得初始地应力场以及层状岩体力学参数。在此基础上,对锦屏I级地下厂房洞室群进行三维数值模拟分析,获得一些对高应力下锦屏I级水电站大型地下洞室群施工期围岩稳定与支护安全等方面的认识,提出洞室群围岩应力释放调控、松弛区承载力调控以及变形开裂调控等适时工程调控措施与建议。研究结果表明,洞室群整体开挖完成后的现场监测结果和围岩稳定现状等证实了所提出的认识和调控措施的合理性,表明层状岩体本构模型及其数值模拟分析方法能够较好地反映高应力下层状岩体中大型地下洞室群施工期的工作性状。     

溪洛渡特高拱坝建设的岩石工程关键技术

 通过各设计阶段对溪洛渡特高拱坝岩石工程关键技术问题的不断深入研究,使得拱坝体型和结构设计很好地适应坝址地形地质条件;面对河床坝段基础地质条件的变化,通过建基面扩大开挖和上下游贴角设计,使得拱坝和基础相互协调,改善坝体和地基应力条件。三维地质力学模型试验和有限元分析表明,溪洛渡特高拱坝和基础具有良好的工作性态。监测成果表明,拱坝和基础实际工作性态符合规律。基于全寿命周期理论的溪洛渡“数字大坝”的建设与实践,为施工过程控制和决策提供了有力支持,进一步保证了拱坝在施工期和运行期各阶段的工作性态满足设计要求,保障了拱坝的安全可靠。     

复杂地基上高拱坝开裂与稳定研究

研究复杂地基上高拱坝坝面开裂与稳定的力学机制,这些机制涉及到大坝温度变化、大坝的基础弱化、渗流影响等.首先从分析大坝坝面裂纹细观开裂扩展的主轴本构力学机制、节理岩体的宏观开裂强度条件.然后提出大坝破坏的机构条件作为大坝整体稳定的判据.最后结合复杂地基的溪洛渡拱坝,运用提到的开裂与稳定模型,分析大坝在超载工况下,裂纹从细观裂纹扩展到宏观开裂,以至大坝失稳的全过程;分析建基面的点安全度随超载变化规律以及大坝的整体稳定.结果显示提到的分析方法有较好的应用价值.     

论岩土工程施工与现场监测

岩土工程是利用土力学、岩体力学及工程地质学的理论与方法,为研究各类土建工程中涉及岩土体的利用、整治和改造问题而进行的系统工作。岩土工程现场监测就是以实际工程为对象,在施工期及工后期对整个岩土体和地下结构以及周围环境,于事先设定的点位上,按设定的时间间隔进行应力和变形现场观测。本文结合实例,对岩土工程施工现场及检测方法进行探讨。     

岩体结构对大型地下挖掘稳定性的控制作用

岩体结构是地质年代形成和变动的结果.它反映了裂隙的密度并控制大型地下挖掘工程顶部岩体的力学性能.文章以溪洛渡水电站地下工程为例,根据断裂分布情况的研究对岩体进行分类.采用结构力学方法和UNWEDGE程序讨论了单个裂隙,成组裂隙和岩石碎块情况下顶部的稳定性来得到临界稳定厚度和可能失稳岩决的特点,可以为挖掘和支撑工作提供有益的指导.     

乌东德坝肩结构面影响及协调加固稳定分析

乌东德坝肩揭露多条结构面,保障坝肩协调变形、稳定对大坝整体安全至关重要。通过建立乌东德大坝三维有限元模型,采用Drucker-Prager屈服准则,分析坝肩结构面对大坝-基础应力、变形工作性态和整体稳定的影响,并从应力均化、变形协调和刚度匹配三方面讨论结构面加固处理效果。计算结果表明:坝肩结构面导致拱端横河向位移增幅明显,坝肩局部岩体位移不协调、应力集中并出现局部屈服。当坝肩结构面采用固结灌浆和平洞置换综合措施,可有效改善坝肩岩体应力、位移分布,大坝整体安全有保障。研究成果可供类似工程加固设计分析参考。     

基于3DEC的面板坝坝肩岩质边坡稳定性分析

大坝边坡变形稳定问题是水利水电工程建设过程中需要重点关注的地质问题之一。在贵州省某水库建设过程中,根据现场地质调查与勘探、岩体强度现场试验、室内试验和设计方案,建立了右岸趾板天然边坡及开挖边坡的地质模型与数值模型,采用3DEC离散元数值模拟软件,对边坡位移、应力应变与边坡岩体安全系数等进行了分析计算,并与工程建设过程中采集的现场原位变形监测资料进行对比分析,发现建设过程中的边坡位移数值计算值与实测值之间有微小差异,经分析,认为开挖扰动及坝体填筑过程中的碾压振动对边坡岩体现场位移影响较明显,因此,在工程实践活动中,在安全系数较小的斜坡下部开展工程建设活动,应特别注意开挖扰动及施工振动对斜坡稳定的影响,相关影响可结合其它工程实践作进一步研究。     

乌东德坝基岩体变形模量与波速相关性及应用

坝基岩体变形模量是拱坝设计最重要的参数之一,实际中由于受到资金、时间、尺寸效应等限制,承压板试验不可能大量开展,工程常采用岩体变形模量与波速之间的相关关系来估算坝基岩体变形模量以评价其工程地质特性是否满足建坝要求。在乌东德水电站坝基边坡开挖工程中,开展了钻孔变形模量和声波测试。乌东德坝基为典型层状岩体,左岸坝基及河床岩体测试孔方向与层面走向近平行,右岸坝基岩体测试方向与层面近垂直,分析表明坝基岩体中有明显充填特征层面对岩体变形模量值和声波值具有不对称影响。结合测试钻孔高清电视选择合理数据,建立了坝基岩体变形模量与单孔声波二者之间的相关关系。通过与坝基岩体的承压板试验成果对比验证,所建立的相关关系是符合实际地质条件的。将该方法应用于大坝坝基深部岩体变形参数估算及坝基表层松弛岩体灌浆处理效果评价工作中,证明是可行的有效方法。本文的研究成果为坝基岩体变形特征的评价提供科学依据,对高拱坝坝基工程勘测设计具有重要的理论和实践意义。     

瀑布沟水电站库首右岸拉裂变形体变形特征与分析

 随着我国水电建设的大力发展,越来越多的大型工程遇到松动岩体稳定问题,松动岩体的变形特征及失稳机制十分复杂,亟待进一步研究。以瀑布沟水电站库首右岸拉裂变形体监测资料和地质资料为基础,总结出用监测数据分析拉裂变形体变形特征及失稳机制的方法,并与清江隔河岩茅坪滑坡、瀑布沟堆石坝上游坝坡的监测资料分析结果对比,验证该方法的可靠性。研究结果表明：(1) 拉裂变形体以块体错动的方式变形,且地形控制其优势错动方向;(2) 拉裂变形体的变形模式是局部渐进式错动,目前不同部位的岩体错动方向、错动时间等均存在较大差异,空间上未形成整体、时间上未形成统一的错动;(3) 根据竖直测斜孔监测分析结果反映的特征,将错动带分为两大类(I和II),且将第I类进一步分为两小类(I1和I2);(4) 利用锚索进行深部治理时应重视辨别错动带的类型,重点控制第I类错动带,同时还应重视随机锚杆的浅部治理;(5) 拉裂变形体的变形对降雨和蓄水不敏感。     

大岗山水电站坝区岩体的刚性承压板试验研究

 压板试验是承一种应用广泛的测定岩体变形参数的现场试验方法,根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在大岗山水电站坝区现场进行的直径达1 m的刚性承压板变形试验资料,详细介绍试验点岩体的加卸载变形关系曲线,根据推导的深部岩体压缩变形公式,计算出了坝址区左右岸试验点岩体的弹性模量、变形模量和等价变形模量等变形参数。通过回归分析,获得坝区试验点岩体的声波波速与变形模量的回归经验方程和高度显著的回归拟合曲线。现场承压板试验的计算分析结果表明：坝区左右岸辉绿岩脉地层的变形参数较小,岩体的压缩变形主要集中在辉绿岩脉软弱夹层上,右岸试验点岩体的变形参数总体小于左岸。这些试验分析结果为有效揭示坝区岩体力学参数的变化规律提供了重要依据。     

构皮滩水电站高拱坝建基面卸荷岩体变形参数研究

 乌江构皮滩水电站高拱坝建基面开挖成型后,在建基面上进行大量的声波测试,通过不同高程、不同部位的声波测试,根据波速沿坡距综合关系曲线确定卸荷深度,并分析波速分布的规律及特征。在卸荷带内进行35点原位变形试验,其加载路径和最大压力与拱坝作用于岩体的条件相似。通过35点变形试点的动静对比试验,建立卸荷岩体变形参数与波速之间的关系,利用大范围的声波测试结果评价卸荷带岩体变形参数。结合开挖前后波速和变形参数的变化规律,分析研究该高拱坝建基面卸荷岩体变形参数的弱化程度。试验结果表明,建基面卸荷深度为6 m,卸荷带岩体平均波速降低7.0%,平均变形模量由29.1 GPa降低至16.2 GPa,平均降低43.6%。提出卸荷岩体的变形参数及取值方法。     

大跨径尾水岔洞开挖与衬砌稳定分析

 针对目前国内外水利工程中大跨径地下尾水岔洞开挖与衬砌稳定分析现状,对其存在的主要问题进行讨论。总结大跨径尾水岔洞开挖与衬砌稳定的分析方法,包括数值模型建立原则、分析内容、流程、评价指标等。应用此分析方法,对溪洛渡水电站尾水岔洞开挖与衬砌稳定开展研究,包括大跨径尾水岔洞开挖过程中变形、应力及屈服区分布特点,以及不同应力释放荷载条件下的喷锚支护效果;针对运行和检修工况,分析岔洞围岩、衬砌结构的变形及应力分布情况,变形计算结果与监测结果一致。通过实际工程分析与应用,表明所建议的大跨径地下尾水岔洞开挖与衬砌稳定分析方法可用于指导同类岩土结构工程设计。     

并设小净距隧道中岩墙力学特征及加固措施研究

采用二维弹性、弹塑性数值计算方法,对Ⅲ~Ⅴ级围岩条件下平行布设的双洞隧道中夹岩墙受力、变形特点随隧道间距变化的情况进行了研究。研究表明,对于两隧道间距较小的小净距隧道,中夹岩墙的受力、变形极为不利,是设计、施工和监控量测的关键部位。同时,研究了不同隧道埋深以及不同岩柱加固措施对小净距隧道中夹岩墙受力、变形特点的影响,为小净距隧道的支护设计、开挖方式选取、岩墙加固方式选取以及现场监控量测方案制定等提供参考。     

特长山岭隧道衬砌监测及模拟研究

 在新奥法的隧道设计理念中，现场的监控量测工作是必不可少的重要组成部分。监控量测不仅能准确反映围岩的稳定性，而且通过对监测数据的分析及在此基础上的数值模拟工作，可以较好地优化隧道的衬砌结构，从而使动态设计、信息化施工成为可能。为实时掌握隧道施工期间的围岩变形和支护结构的受力特点，某特长山岭隧道进行以应力监测和位移监测为基础的全程监控量测工作。并以应力监测为基础，采用有限元软件对隧道衬砌结构在不同级别围岩中的受力状态进行模拟，以监测位移值做标准，对数值模拟结果的正确性进行验证。计算出不同衬砌结构在相应级别围岩中的临界荷载，以指导现场监控量测工作。从而保证隧道的施工安全并优化衬砌设计，为后续工程的设计提供指导。     

李家峡拱坝左岸高边坡岩体变位与安全性态分析

实际工程中常遇到山体单薄,地质构造发育,表层岩体卸荷松弛,甚至蠕变或滑移等高边坡安全稳定性问题,因而加强对此类高边坡岩体的变位监测并对实测数据进行及时的处理与分析,对于确保工程安全具有十分重要的意义.据此,以李家峡拱坝左岸高边坡为例,探讨如何通过岩体变位监测资料来全面分析和评价高边坡安全稳定性.在对水库初次蓄水以来的谷幅位移和左岸高边坡岩体变位监测资料进行时空定性分析和变形疑点物理成因分析的基础上,应用最小二乘法建立了岩体变位各测点的逐步回归模型,并以其对测值年变幅的拟合与分离结果,定量分析水压、温度、时效等因子对高边坡变位的影响效应.研究结果表明:(1)在库水位逐步抬升至正常蓄水位的过程中,李家峡左岸高边坡岩体主要产生朝河心方向的下滑变位,但位移量相对较小;(2)库水位在2002年1月趋于相对稳定后,高边坡岩体变位逐步趋于收敛并保持稳定,目前其安全性态基本正常;(3)由于局部岩体 仍存在轻微下滑趋势,建议加强对这些部位的监测.     

滑动测微计监测资料的时空分析

本章通过对某拱坝基岩滑动测微计测值变化规律的分析,确定了施工期基岩变形的影响因素;通过对突变值分析,解释了突变值的成因;通过插值分析,揭示了坝基变形的空间分布规律。从而为滑动测微计监测数据的时空分析提供了新的思路。     

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。