坝基岩体开挖卸荷与分带研究——以小湾水电站坝基岩体开挖为例

 小湾坝基开挖引起了一系列岩体卸荷变形破坏现象,包括岩体中已有结构面的回弹松动与剪切错动,以及完整岩体的岩爆拱裂、薄板状破裂等新生破裂。开挖中岩体的新生破裂面在空间分布上有如下特点：破裂面产状与开挖面具有较好的一致性;在深度分布上,开挖卸荷破裂面相对集中在开挖面之下4～6 m的深度以上。岩体的卸荷变形破坏导致了岩体完整性的显著降低,但卸荷松动过程的主体部分多在几个月内完结。无论是岩体开挖卸荷还是河流天然切割卸荷都是一个能量释放过程,并且卸荷变形破坏具有显著的空间分布规律,因此采用能量方法研究岩体的卸荷分带是合适的。给出了岩体卸荷分带的应变能方法,小湾水电站的实际应用表明该方法是可行的、有效的。     

锦屏I级水电站坝基岩体块度指数量化取值分析

 依托于锦屏I级水电工程,以实测资料为基础,系统地运用参照对比方法、数理统计分析方法和相关关系推导方法,对岩体块度指数的量化取值进行分析研究,确立整体状、块状、次块状、镶嵌、碎裂结构岩体块度指数分级临界值。它们与以往的工程相比,既具有共同性,也存在一定的差异性。因此,锦屏岩体块度指数的量化取值研究成果丰富了该领域的研究内容。所利用的研究方法,对岩体结构其他指标的确定具有借鉴意义。     

长江小南海水利枢纽坝基弱风化岩体 工程力学性质研究及可利用探讨

 小南海水利枢纽为长江上第三座大I型水电工程,坝基为典型的红层软岩,岩体风化层次分明。坝基覆盖层及强弱风化带平均厚约18 m,其中弱风化带平均厚约6 m,若全部挖除,相当于总开挖深度的1/3,开挖工程量巨大。从坝区大范围岩体波速的分布、工程岩体质量分级、岩体变形特性及强度特性等方面对比研究弱风化岩体与微风化岩体的差别,探讨弱风化岩体作为建基面的可能性。本阶段的试验研究结果说明,弱风化与微风化岩体均为IV级,弱风化岩体的岩石力学参数与微风化岩体差别不大,具备作为建基面的工程力学条件。     

节理岩体断裂损伤模型在三峡坝基岩体力学参数模拟和预测中的应用

基于节理岩体的断裂损伤模型，建立基于等效柔度张量及特定破坏准则等效体力学参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用于三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中，通过与节理刚度模型、包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中。通过与节理刚度模型，包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测中较为适用，为三峡工程的坝基岩体稳定分析提供了参考。     

某水电站坝基岩体变形模量与波速相关性研究

坝基岩体开挖过程中，需要快速简便的测试方法测得岩体的变形模量和波速，以满足建基岩体验收的需要。在构皮滩水电站坝基开挖工程中，开展了钻孔变形和声波测试，得到建基岩体的变形模量值和声波波速值，建立了二者之间的相关关系．后者已全面应用于大坝建基岩体的验收工作，并证明是可行的有效方法。基岩固结灌浆后只需快速测得岩体的声波波速，就可根据钻孔变形模量与声波波速之间的相关关系，很方便地计算岩体变形模量，为坝基的快速验收提供依据。     

裂隙岩体坝基渗流分析

裂隙岩体坝基渗流分析成果是进行大坝工程设计的重要依据之一。采用非连续介质的裂隙网络渗流原理对裂隙岩体坝基进行渗流分析,计算工况包括设置灌浆帷幕和排水孔与否及其组合共四种情况。由计算结果可以看出,坝基总渗流量主要由灌浆帷幕的质量和帷幕区的渗透系数决定,坝基排水孔在排出渗水和降低渗透压力方面起到极其重要的作用。     

丹巴水电站石英云母片岩力学特性及岩体质量分类

按水电行业HC法将丹巴水电站片理状岩体质量分类定为IV类,围岩稳定性差。通过对丹巴石英云母片岩的宏细观力学特性试验,提出石英云母片岩的“似块状”岩体结构,对岩体质量分类进行合理修正。通过单轴压缩试验、不同围压下真三轴试验表明,高应力作用下片岩的各向异性不明显,并通过薄片的细观试验提出丹巴石英云母片岩并非“层状结构”岩体结构,而是“似块状”结构。在此基础上,对丹巴水电站引水隧洞岩体质量分类进行了修正,隧洞围岩以III类为主。最后,通过现场回弹测试、声波检测和变形分析表明,围岩自稳能力强,修正后的分类标准具有良好的适用性。因此,研究不同应力环境下特殊岩石的力学特征对于岩体质量分类具有重要意义,可为同类水电工程围岩分类提供借鉴。     

二滩拱坝坝基弱风化岩体灌浆加固效果研究

对高坝建基面使用弱风化岩体,成为具有重大经济效益及学科意义的问题,它直接关系工程的开挖量、施工工期和工程造价。在二滩拱坝的建设中就遇到了这样的问题,为了确保大坝的稳定性及经济性,要求对建基面附近的弱风化岩体进行加固灌浆处理,并研究其加固后的力学特性。本文叙述了灌浆后岩体力学特性的检测结果,并用断裂—损伤力学方法对岩体力学变化的机制做了理论分析。实测结果及理论分析表明,灌浆后岩体的力学强度有了提高,可以满足大坝设计的要求。     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究，建立了岩体变形模量与波速之间的关系，用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系，实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系，同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法，提出了坝基岩体大面积宏观变形参数。     

岩体质量分级风险分析方法及岩体力学参数研究

结合拟建的特大型桥梁工程--镇扬长江公路大桥岩石地基,在确定基岩岩体质量、岩体力学参数、基博士学位论文岩岩石地基承载力及嵌岩桩竖向承载力和沉降方面,进行了系统研究和探讨,取得的研究成果有以下几方面(1)探讨了多元数据最优分割方法在岩组划分中的应用.根据现场测得的3个定量指标(岩体超声波波速、岩石点荷载强度及岩石质量指标(RQD)),运用多元数据最优分割方法对镇扬长江公路大桥地基岩体进行了详细的岩组划分.(2)改进已有用于岩石力学指标分析的随机-模糊方法.认为随机-模糊处理方法更符合实际,并优于其他方法.(3)针对岩体结构面间距最常见的两种分布形式--负指数分布和对数正态分布,提出了岩石质量指标(RQD)的Monte-Carlo模拟方法及其风险分析方法.对于自然界大部分岩体,可根据结构面间距统计参数,直接在本文得出的一系列岩石质量图上定出RQD平均值、岩石质量百分比(RQp)及岩石质量风险(ROR).(4)提出和建立了节理网络图上计算该网络分形维数和RQD值的方法以及进一步作出用RQD和分维值表示的岩体质量描述图,首次提出了岩体结构面分布分维计算的风险分析方法.(5)应用RMR岩体质量分级系统及国标<工程岩体质量分级>方法对镇扬大桥中桥位主要工程部位各岩体质量进行了评价;首次提出和建立了基于上述两种方法的岩体质量研究的风险分析方法.(6)论文提出了综合确定岩石地基承载力的方法和步骤①运用基于Hoek和Brown岩石经验破坏准则的两种方法预估岩石地基极限承载力;②用数值计算方法校核地基应力状态及地基变形;③运用国内主要规范方法确定岩石地基容许承载力,然后用数值分析方法计算该岩石地基在容许承载力作用下的变形.文中给出了桥址区基岩岩石地基承载力的计算实例.(7)针对镇扬大桥节理化岩体,根据优势面理论,分析确定了影响和控制岩体地基承载力的优势面组合,提出了优势面与"遍有节理单元”数值分析确定岩体地基承载力的联合算法.对于存在大量贯通性结构面的岩体,该方法更符合实际情况.(8)针对大桥南塔区域范围内基岩空间变异性大的特点,运用空间轴对称数值分析模型,对塔基大直径嵌岩钻孔灌注桩单桩沉降及塔基范围内可能的差异沉降进行了分析计算.提出了一些有益的建议和工程对策.     

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。     

布西水电站坝址边坡地应力场及岩体力学特性的试验研究

介绍了水压致裂法和钻孔弹性模量法在布西坝址边坡地应力场及该区域岩体力学性状研究中的综合应用,其中包括测试区域岩体水平主应力、弹性模量和变形模量的大小及其分布规律。研究结果表明:坝址右岸边坡的应力水平明显高于左岸,而浅部测试的模量值均较小,揭示了边坡表层及河床附近岩体的力学性质。最后根据测试结果分析了边坡卸荷机制,初步划定卸荷界限,为拱坝坝肩边坡的合理开挖提供了依据。     

坝基软弱夹层剪切蠕变及其长期强度试验研究

为了更准确认识坝基岩体中的软弱夹层剪切蠕变特性，进行不同正应力水平下的剪切蠕变试验，采用不同正应力水平下分级加载剪应力的方式，重点研究软弱夹层的剪切蠕变变形规律、破裂机制及其长期抗剪强度。研究结果表明，经验公式u=u0+A[1-exp(-Bt)]+Ctn能较好反映软弱夹层的剪切蠕变变形规律，不同正应力水平下的平均及稳态剪切蠕变速率随剪应力增加呈指数函数增大，且软弱夹层剪切蠕变破坏呈现典型的延性破坏特征。通过新提出的拐点法确定不同正应力水平下的长期抗剪强度，并与稳态速率法的计算结果进行对比，验证了拐点法的合理性和适用性，该方法大大提高了确定岩体长期抗剪强度的准确性，对工程实际具有重要的参考价值。     

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。     

岩体质量评价在清江水布垭面板坝趾板建基岩体验收中的应用

清江水布垭面板坝坝高233m，为目前世界最高面板坝，其趾板建基岩体软硬相间，岩性复杂，如何从经济和工程安全两方面，确定建基岩体利用和验收标准值得研究。以往经常采用岩体风化程度或者岩体波速作为水工建筑物建基岩体利用和开挖后的验收标准，但不能全面反映岩体强度、变形特性及抗渗性等岩体质量特征。提出以工程岩体分级作为趾板建基岩体质量评价方法，建立了相应的岩体利用和验收标准，并应用于趾板建基岩体验收。通过岩体声波测试和岩石抗压强度试验，对趾板建基岩体质量进行评价，并进行岩体质量分区，指出了质量较差岩体分布部位，在施工过程中得到及时处理。     

岩溶坝区溶蚀岩体的渗透性变异研究

通过对溶蚀岩体渗透变异特性的研究,提出了一种确定渗透性变异的方法,即基于“3σ法则”的误差传播函数法。先根据“3σ法则”求得溶蚀岩体统计变量的端点,再利用误差传播函数法基于立方定律求得溶蚀岩体的渗透性变异。将裂隙岩体与孔隙溶洞区别考虑,补充和完善了克立格随机场理论和Vanmarcke 相关性理论对岩土参数变异的研究。基于现场灌浆平硐揭露的工程地质统计资料,对清江水布垭工程左岸帷幕线上部分段进行了渗透性变异的量化研究。研究结果表明,该方法简单适用,且在确定岩溶坝区渗透参数的统计量基础上,可进行随机渗流计算。     

锦屏一级水电站左岸卸荷拉裂松弛岩体灌浆加固研究

 针对强卸荷、松弛拉裂、强震损伤岩体灌浆加固工程中陡倾裂隙面浆液漏量大、加固效果差的技术难题,研发SJP–1型黏度时变型水泥–化学浆液(水灰比0.6);探讨高分子外掺剂对水化硅酸钙生成速度的影响;提出水泥–化学浆液的溶剂化膜理论。研究结果表明：新型水泥–化学浆液可泵期30～90 min,初凝90～210 min,终凝130～290 min,后期强度高出普通水泥浆10%～20%。SJP–1型浆液可避免速凝水泥浆早期强度高、后期强度低的缺陷,并成功地应用于锦屏一级水电站卸荷拉裂岩体和汶川地震灾区损伤岩体的灌浆加固工程。     

光照重力坝坝基断层影响及处理的三维数值模拟

200m级光照重力坝坝踵和坝趾分别存在较大规模的断层，为了分析和评价断层对重力坝应力位移和坝基稳定性的影响，以及建坝后由于围压变化导致的断层变形模量提高对坝体的影响，对重力坝典型坝段和坝基岩体的联合作用进行三维数值模拟。对两条断层分别进行浮值分析，用强度储备系数法计算受断层影响的坝基安全稳定性，并分别模拟对两条断层进行的不同方式加固处理措施进行模拟。研究结果表明，位于坝趾的F2断层对坝体应力位移状态影响较大，也是坝基稳定性的控制性因素之一，在进行固结灌浆处理提高强度后，不仅可以提高坝基稳定性，而且可使坝体应力状态得到改善。位于坝踵的F1断层开挖并回填混凝土处理不宜过深。同时，建坝后围压变化导致断层变形模量的提高对于坝体应力控制是有利的。