层间错动带剪切蠕变试验及蠕变模型研究

层间错动带是控制白鹤滩水电站工程区坝基及地下厂房洞室群围岩安全稳定性的一种典型软弱结构面,其力学时效性研究对工程围岩体的长期稳定性十分重要,从已有研究成果来看,白鹤滩层间错动带蠕变特性方面的研究成果较少.以白鹤滩工程区内的层间错动带原状试样为研究对象,进行剪切蠕变试验,探究层间错动带的蠕变特性、蠕变速率及长期强度等特征...     

白鹤滩水电站巨型地下洞室群关键岩石力学问题与工程对策研究

 白鹤滩水电站地下洞室群规模宏大、围岩地质条件复杂且地应力水平较高,在现阶段的开挖过程中,普遍揭露了脆性岩体的高应力破坏、软弱层间带导致的深层变形、柱状节理玄武岩的破裂松弛三类典型岩石力学问题。基于室内岩石力学试验,定义脆性玄武岩的启裂强度标准,并结合FLAC3D的Hoek-Brown模型对开挖过程中的洞室顶拱和墙角应力集中区进行分析,提出针对岩体高应力破裂风险区域的支护措施;针对层间带出露于洞室顶拱或高边墙引起的剪出口坍塌、顶拱深层变形、边墙错动变形问题,采用3DEC的Coulomb-slip模型与位移监测相结合开展反馈分析,确定加强支护措施及范围;针对柱状节理岩体的各向异性变形松弛特性,应用专门研发的Comba本构模型与声波检测相结合的研究方法,对柱状节理围岩各向异性松弛深度进行分析,为支护参数拟定提供依据。研究表明,巨型地下洞室围岩的稳定问题通常较为复杂,在施工期依据施工地质、数值模拟和监测成果相结合的反馈分析,不仅能够解释围岩变形破坏机制,而且能够为动态优化设计提供依据。     

坝肩高边坡层间错动带剪切蠕变特性与模型研究

高坝工程坝肩边坡岩体深部层间错动带的蠕变力学特性与蠕变损伤特性,直接影响着水电工程的长期稳定性与整体安全性。以某坝肩高边坡岩体层间错动带的剪切蠕变力学试验为基础,研究了层间错动带的剪切蠕变力学特性,分析了层间错动带的长期剪切强度参数和加速蠕变特性及蠕变速率变化特征;通过对层间错动带加速蠕变过程中损伤演化特性的分析,研究了考虑层间错动带岩体力学参数弱化和伴随加速蠕变变化的蠕变损伤效应,并基于西原流变模型和蠕变损伤演化方程,建立了能够反映高边坡层间错动带蠕变损伤演化过程的本构模型;而后通过对比数据拟合结果与试验结果,对提出的本构模型进行验证,显示所建立本构模型的正确性与合理性。     

玄武岩体及其层间错动带的渗透性特征

玄武岩体具有重要的工程价值,而层间错动带在玄武岩体中很常见,很大程度上控制着地下水流场分布。因此玄武岩体及其层间错动带的水文地质特征有必要深入研究。采用压水试验数据,有效地分析了西南某水电站玄武岩中层间错动带C2的渗透特征。比较层间错动带C2所在压水试验段与其上下段的透水率后发现,层间错动带虽然在垂向上主要起隔水作用,但是水平上渗透性较好,其大小受层间错动带的深度和厚度的影响。通过将部分压水试验段的透水率与深度作回归分析,发现地质成因一致、岩性相对均一的岩体,其渗透性与所处深度呈负指数关系,表明了自重应力对渗透性的控制作用。这种渗透性与所处深度之间的负指数关系式中,回归系数受岩性均一程度影响,衰减系数也受岩性的影响。在此基础上,研究了单一层间错动带的渗透性随深度的关系。     

溪洛渡水电站坝基层内错动带现场渗透变形试验成果及分析

层内错动带是溪洛渡水电站坝基岩体中广泛发育的缓倾角结构面，查明其渗透变化性质是坝基防渗帷幕设计的基础。介绍了坝基玄武岩岩体中，层内错动带的现场渗透变形试验及其成果，并对影响层内错动带渗透系数，临界坡降，破坏破降的因素以及渗透变形过程进行了分析。     

万家寨水利枢纽坝基层间剪切带工程性状研究

河床坝基层间剪切带对大坝抗滑稳定的影响，是万家寨水利枢纽主要工程地质问题之一。在以往勘察基础上，技施阶段对此又进行了重点勘察研究。基本查明了层间剪切带工程地质性状，并考虑各种影响因素，提出了抗剪强度建议值。     

岩体错动带抗剪强度参数的Beta概率分布

分析了多个实际工程错动带抗剪强度参数的分布特点和Beta分布的优点,认为Beta分布可有效地拟合错动带黏聚力和摩擦系数的分布规律,探讨了Beta分布参数的确定方法。根据白鹤滩水电站31组错动带的黏聚力和摩擦系数,得到了两者的Beta分布概率密度函数,很好地解决了正态分布和对数正态分布数据负值和无限的问题,且具有良好的灵活性,可根据实际错动带抗剪强度参数的样本数据反映其右偏态、正态或左偏态。采用A-D法检验了错动带抗剪强度参数的Beta分布概率密度函数,通过偏转换法得到了转换后的A-D检验统计量,并与相应的临界值进行对比,结果表明白鹤滩水电站错动带抗剪强度参数服从Beta分布。     

基于分层计算的层间剪切带原位变形试验研究

由于含层间剪切带复合岩体的非均匀性,传统的承压板变形试验只能得到复合岩体的综合模量,而无法准确得到层间剪切带的变形参数。介绍了黄河中游红色碎屑岩地区某大型水利枢纽工程坝址区层间剪切带的发育特征,选择典型勘探平硐进行刚性承压板中心孔法原位变形试验,在预留上部保护岩层条件下,通过在中心孔内设置不同深度的液压锚头,直接得到复合岩体、层间剪切带上下缘岩体的压力-变形关系曲线。利用推导的深部岩体压缩变形公式,分别计算其变形参数。根据分层计算原理,利用层间剪切带上缘岩体和下缘岩体变形差值计算得到层间剪切带的等价变形参数。研究结果表明,层间剪切带的变形参数低于上下缘岩体及复合岩体,其等价变形模量为0.72GPa,等价弹性模量为1.41GPa。     

用广义剪切变形参数分析超高层混凝土结构的层间变形

国内外规范均以限制层间位移角的方式来控制高层建筑的结构与非结构构件出现影响正常使用的裂缝与损坏 ,而最常见的弯剪型结构中层间位移角与结构及非结构构件受力状态的相关性较差。作者提出一个限制高层建筑层间变形的新参数———广义剪切变形 ,证明了其与剪力墙、柱、梁及填充墙等结构与非结构构件受力状态有很好的相关性 ,导出了广义剪切变形的计算方法及其与层间位移角的关系 ,并对竖向构件、框架区格与连梁的广义剪切变形限值分别进行分析与讨论。九幢超高层建筑算例表明 ,用广义剪切变形的参数分析超高层建筑的层间变形具有明显的优越性     

金沙江白鹤滩水电站坝区左岸边坡变形特征及机制分析

左岸河谷边坡的稳定问题是白鹤滩水电站重要的工程地质问题之一,在地质历史过程中,随着河谷下切,岸坡不同部位不同高程的岩体均产生不同程度的卸荷变形,研究这些变形特征及变形机制对于从宏观上定性把握左岸边坡的稳定性至关重要。根据勘察成果初步分析,左岸河谷边坡变形受缓倾角错动带以及NW向断层控制明显,具体地,卸荷裂隙的空间分布和发育规模均与其相对这些控制性结构面的位置相关,并且表现出较强的规律性。总结这些规律并采用离散单元数值分析软件UDEC和3DEC模拟河谷下切过程中这些控制性结构面对边坡变形的控制作用,进一步印证地质上的分析成果,同时结合地质勘察与数值计算成果分析左岸边坡的变形机制。     

大岗山水电站地下厂房洞室群围岩开挖损伤区研究

 以大岗山水电站地下厂房洞室为研究对象,通过施工阶段的围岩力学性状测试、开挖变形长期监测研究地下洞室开挖损伤区的分布范围和损伤劣化特征。以围岩变形和损伤区实测成果为基础,建立基于正交设计–支持向量机–粒子群算法的反演分析方法。通过对地下厂房洞室开挖损伤区的测试与监测、反演分析表明,损伤区分布范围约为临空面向岩体内部3～7 m范围,其中,围岩类别不同,其损伤区分布范围不同,损伤劣化程度也不同,具体表现为围岩质量越好,其损伤范围越小,但是损伤区岩体损伤劣化程度越高。相关认识是初步的,对类似重大工程的设计施工有一定的参考价值,但还需要进一步开展理论与工程实践研究。     

大型滑坡演化机制及滑带剪切特性试验研究

 古水水电站争岗大型滑坡堆积体方量高达4.75×107 m3,地质勘测揭示该滑体主要由基岩、滑带土和松散堆积物组成,且滑带土层为贯通的底滑面;首先对堆积体历史演化过程和滑坡体形成机制进行详细分析,对现状及未来失稳模式进行定性判别,认为滑体处于沿贯通底滑面蠕滑变形状态;对滑带土基本特性分析的基础上,开展不同条件下室内大型直剪试验,研究天然状态下变形和强度的关系、抗剪性能参数取值;探讨含石量、含水量对抗剪强度的影响;从而寻找出合理的计算参数,开展稳定性评价。研究结果显示：天然状态下,滑带土黏聚力为30.31～43.94 kPa,内摩擦角为25.82°～30.49°;且含石量和含水量对抗剪强度影响显著,含石量75%为阈值,低于此值,抗剪强度随含石量的增加而增大,超过此值,随含石量的增加而减小;含水量的增加导致强度降低,黏聚力、内摩擦角降低基本呈指数关系。稳定性评价成果与定性分析相吻合,滑体各种工况下均存在滑塌的可能性,开展治理措施研究显得至关重要。     

龙滩水电站左岸高边坡区初始地应力场反演回归分析

结合龙滩水电站左岸边坡区工程地质条件以及实测地应力资料,分析了研究区域初始地应力的影响因素。在各影响因素单独作用下,采用FLAC3D计算程序对建立的左岸高边坡三维地质概化模型进行计算;在实测点地应力值与计算得到的应力值之间建立多元回归模型,通过多元回归分析,求出最优回归系数。通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较,两者在量值上相当且方向上接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得左岸高边坡区初始地应力场较为合理的分布规律,为左岸高边坡开挖模拟及长期稳定性分析提供了合理的三维初始地应力场。     

溪洛渡水电站超大型地下厂房洞室群岩体工程控制与监测

 金沙江溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,结构复杂,玄武岩组内层间与层内错动带致使岩体非连续性是主要地质问题。采用损伤弹塑性数值方法对围岩稳定性进行分析,确定洞室开挖顺序和支护参数。精细化施工组织,严格控制开挖对岩体的损伤范围,并保证洞室轮廓的良好成型。及时对监测数据进行分析和反演分析,对支护工作量进行动态设计。开挖过程中,位移和应力变化规律较好;开挖完成后,位移和应力总量值较小,洞室围岩稳定性良好。溪洛渡地下厂房洞室群规模为我国已建和在建工程之首,总结其设计、开挖与支护,监测与反演等岩体工程控制措施,对类似工程具有指导和借鉴作用。     

长河坝水电站右坝肩边坡裂缝成因分析

 大渡河长河坝水电站右岸坝肩边坡属于高陡岩质边坡,在开挖过程中先后出现16条贯通性裂缝,对边坡稳定与后续施工安全均存在影响。结合工程地质条件、岩体结构特征与监测成果,确定坡体的主要变形区域和主滑方向,分析坡体变形与裂缝形成的主要成因,以及边坡的潜在失稳模式,提出进一步开挖与支护建议。开挖使J1组结构面临空,导致边坡下部岩体沿J1组结构面产生剪切滑移变形,上部岩体沿J4组结构面产生拉裂,坡顶板裂状岩体倾倒变形;F0断层及其下盘岩体压缩变形,上盘岩体下沉加剧这种变形破裂。边坡变形破坏模式为前缘滑移–中部拉裂–后缘倾倒型破坏。采取强化加固措施后,裂缝变形得到控制,边坡基本达到稳定要求。     

杨房沟水电站地下厂房围岩稳定分析

杨房沟水电站地下厂房是典型的大跨度、高边墙地下洞室群,工程区地质条件较复杂,高边墙及洞室间岩柱的稳定性是洞室设计的关键。根据地应力测试数据,采用边界位移条件回归方法,构造出厂区初始地应力场。采用FLAC3D软件对洞室群围岩稳定进行计算分析,获得洞周围岩变形与应力特征、塑性区分布及支护结构的受力状态,对地下厂房洞室群围岩稳定性做出评价,为洞室设计提供了科学依据与技术指导。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期高效三维可靠度分析

 基于可靠度理论的边坡稳定性分析是一个重要的发展趋势,然而目前国内外关于复杂三维高边坡可靠度方面的研究几乎还是空白。以锦屏一级水电站左岸坝肩边坡为例,研究了施工阶段三维边坡可靠度问题。由于三维边坡稳定性分析有限差分强度折减法计算量较大,并且安全系数没有显式表达式,通过参数敏感性分析减少随机变量数目,提出三维边坡可靠度分析的非侵入式随机有限差分法。探讨了预应力锚索和深层混凝土抗剪洞2种主要加固措施失效对边坡变形、稳定及其可靠度的影响规律。研究了施工阶段边坡横河向位移、安全系数以及失效概率的变化规律。结果表明：参数敏感性分析可以有效地识别敏感性较大的随机变量,从而提高边坡可靠度计算效率。非侵入式随机有限差分法实现了概率分析与通用商业软件如FLAC3D的有机结合,极大地简化了可靠度分析过程,而且能充分利用参数敏感性分析中边坡稳定性计算结果,为解决三维高边坡可靠度问题提供一种有效的工具。此外,锦屏一级水电站左岸坝肩边坡所采取的预应力锚索和深层混凝土抗剪洞联合加固措施能够有效地控制边坡变形和确保边坡稳定性。施工阶段边坡开挖扰动作用对边坡稳定可靠度有着重要的影响。     

溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体变形机制分析及稳定评价

通过分析其地表变形特征、滑带变形特征、孔隙水压力变化特征,结合堆积体的地质结构并辅以极限平衡计算的验证,阐明堆积体蠕滑变形机制,评价堆积体的稳定状况,为工程治理措施的制定和实施提供可靠依据。研究结果表明：堆积体由于开挖扰动导致沿古滑带发生剪切错动变形,在坡体内形成自下而上微裂缝,改变地下水渗流路径,微裂缝临近滑带一定高程范围内充水,微裂缝内的地下水对滑动体产生静水压力,同时增大滑带处的静水压力,降低堆积体的稳定性系数,导致其急剧变形。当削坡结束且排水洞修建完毕后,微裂缝愈合,静水压力消散,堆积体变形趋缓。研究成果对今后类似边坡的监测资料分析、变形机制分析、工程治理措施具有参考意义。     

溪洛渡水电站地下厂房岩体工程实践

 溪洛渡超大型地下洞室群玄武岩组内层间与层内错动带使得围岩非连续性和各向异性损伤问题突出,采用损伤弹塑性理论对围岩稳定性进行分析,以良好的施工组织与工艺水平对潜在的不稳定区域和地质缺陷部位实施精细化光面爆破,严格控制围岩的开挖损伤并保证岩梁等的优良成型。针对关键部位和地质缺陷部位进行补强加固并实施安全监测,利用现阶段监测成果对围岩稳定性预测进行检验,并对实际围岩安全性进行评价。针对典型复杂地下洞室的地质条件、稳定性分析、开挖与支护程序、安全监测成果分析等岩体工程实践环节的回顾,在设计理念和工程实施方面提出一些见解,可为类似超大地下工程实际提供直接借鉴。