三峡工程永久船闸中隔墩原生裂隙施工张开变形的数值模拟研究

针对三峡船闸中隔墩岩体开裂现象，以工程地质为基础，建立了典型的裂隙概化模式。采用裂隙界面单元法进行裂隙张开变形机理分析，研究中隔墩岩体裂隙的张开变形特征及其与开挖卸荷分区的关系。研究表明，裂隙的张开变形、张开长度与裂隙产状有直接关系。倾角较陡、长度较大、与边墙距离较短、不易滑动的裂隙易张开，且张开为形量与前两个因素成正比，与边墙距离成反比；反之则不易张开。中隔墩岩体可能的最大裂隙张开区与弹塑性分析得到的塑性芡、灾测得到的卸荷损伤区在分布范围与规律上基本相同；及时合理地施加预应力锚索，即可减少隔墩裂隙张开的可能性，又可明显减小裂的张开为形与长度，因而有着重要的工程意义。     

裂隙岩体卸荷渗透规律试验研究

边坡开挖等岩体工程使得岩体形成卸荷作用,同时引起岩体中地下水性态的改变。水库蓄、放水使库岸边坡产生加载、卸荷效应,库岸边坡的稳定性受到影响。这都涉及到有关卸荷-渗流问题,因此研究裂隙岩体卸荷渗透规律具有重要意义。文章通过裂隙岩体的卸荷-渗流试验,探讨了裂隙岩体的渗透系数在卸荷过程中的变化规律,不仅揭示了裂隙岩体渗透系数与卸荷量的近似双曲线关系,还验证了裂隙岩体在加载、卸荷过程中渗透系数的迟滞现象。同时从理论上推导了裂隙岩体卸荷量与渗透系数之间的关系式,并对式中的试验系数进行了优化计算,其计算结果与试验结果吻合较好。     

水电工程坝肩高边坡岩体渗透特性的时空变化

针对中国西南大型水利水电工程坝肩高陡边坡裂隙岩体,其渗透特性随地质历史、爆破削坡、加固、蓄水/泄洪、降雨等自然和施工过程而分布变化的时空特征,介绍了相关实验、理论模型、数值分析成果,评述了研究现状和进展。展示了为促进这个问题由定性向定量发展,众多研究者各自的探索与贡献。提出在应力-变形全过程、强卸荷施工、多场耦合、锚固喷浆、尺寸效应、三维模式和深部监测机制等方面,对边坡裂隙岩体的渗透特性随裂隙、节理、断层而损伤破裂演变的规律,亟需进一步深入开展研究。     

岩全边坡非连续非线性卸荷及流变分析

对岩石边坡的卸荷和流变作了非连续变形分析。指出边坡在卸荷情况下，岩体的变形分析应考虑开裂等非连续变形。对其流变变形也应考虑开裂和裂隙扩展机制进行了计算才能得到岩坡的大变形与真实变形。常规弹塑性分析一般只能得到小变形，与实测值往往对应不起来。本文提出了开裂卸荷条件下岩石的本构关系和计算方法，并运用于工程。将实测结果和计算做了对比，两者甚为吻合。     

露天矿含后缘裂隙岩质边坡岩体卸荷断裂机理与稳定性研究

基于边坡实际结构特征，利用断裂力学理论，推导了卸荷作用下后缘裂隙尖端的应力强度因子和临界失稳高度计算公式，考虑分支裂隙扩展长度，构建了边坡岩体裂隙扩展贯通力学模型，提出了边坡稳定性系数计算方法，并通过工程实例来验证。结果表明：(1)卸荷作用越强，后缘裂隙尖端复合应力强度因子越大，边坡的稳定性越差。(2)后缘裂隙倾角越大，临界扩展高度越小，起裂角越大，裂隙越来越趋向于边坡坡面扩展；平均高度越大，临界扩展高度越小，起裂角越大，裂隙越来越偏离边坡坡面扩展；裂隙长度对临界扩展高度和起裂角没有影响。(3)边坡安全系数随后缘裂隙倾角、平均高度和断裂韧度的增加而增大，随裂隙长度、下部裂隙角度和卸荷拉应力的增加而减小。研究成果可为认识和治理卸荷诱发含后缘裂隙岩质边坡崩塌滑坡灾害提供一定理论参考。     

深挖岩质边坡开挖扰动区与工程岩体力学性状研究

为探索边坡开挖扰动区的研究方法和相关的若干理论问题。以三峡船闸高边坡为工程背景。采用多种手段与方法。对高边坡开挖扰动区和工程岩体的力学特性进行了系统研究与分析。主要研究工作与特点表现在以下几个方面：(1)以三峡花岗岩的应力．应变全过程曲线试验和弹塑性分析理论为基础。通过边坡开挖的弹．脆．塑性数值仿真分析。深入研究拉应力区和塑性区分布范围和影响因素。形成开挖扰动区的弹脆塑性预估评价方法；采用多种试验手段对开挖扰动区进行大规模的综合测试。并结合监测结果。建立了开挖扰动区分区模型和划分原则。评价了开挖扰动区内岩体力学性状的弱化程度。由此形成了开挖扰动区的试验与监测研究方法。(2)以考虑卸荷效应的显式有限差分法、正交设计、神经元和遗传算法为手段。建立了系统综合的反演分析方法。对开挖扰动区岩体的力学特性进行了二维弹塑性反演分析；利用所获得的地质与试验资料进行了开挖扰动区工程岩体的分级。从工程分级的角度评价了开挖扰动区工程岩体的力学特性。根据试验、反演、岩体分级等方法的研究成果对工程岩体的力学特性进行综合评估。分析了开挖扰动区工程岩体力学性状弱化的主要原因。研究了轻微扰动区岩体力学参数的尺寸效应。(3)针对三峡永久船闸中隔墩岩体开裂现象。建立了典型的裂隙概化模式。采用裂隙界面单元法进行了裂隙张开变形分析。结合地质调查对塑性区的工程意义进行了研究。表明它反映了开挖完成后的开挖损伤与卸荷影响区。在该区内。原生裂隙将张开。甚至扩展。是工程设计中应当注意的区域。(4)在开挖扰动区监测与试验研究成果的基础上。建立了考虑开挖扰动区的三峡船闸高边坡三维数值模型。分析了边坡开挖过程中和开挖完成后岩体的变形、应力变化过程。对边坡的整体稳定性进行了评价。在现场张拉试验的基础上。采用三维显式有限差分法研究了预应力锚索的加固机理。提出了岩石锚固墙理论；并根据这一理论。应用二维显式有限差分法探讨了预应力锚索(杆)对三峡船闸高边坡开挖扰动区的加固效果。通过以上研究工作。基本形成了边坡开挖扰动区的研究方法。另外。由于此项研究伴随着三峡工程永久船闸的设计与施工而逐步开展的。因而研究成果在工程设计与施工中发挥了重要作用。回答了船闸边坡设计与施工中迫切需要回答的问题。已作为三峡工程的设计与施工的依据之一。在边坡的动态优化设计与施工中得到采纳与应用。     

锦屏一级水电站左岸1885m以上开挖工程边坡预应力锚索施工质量控制

锦屏一级水电站坝肩左岸边坡地质复杂,岩体内层面、层间挤压错动带、断层及节理裂隙发育;谷坡深部岩体内地应力高,浅表部岩体由于应力释放卸荷松弛强烈,且标段区内岸上坡深部存在深部裂缝,开挖后形成522m高的人工边坡,边坡稳定问题非常突出。施工中采用了大面积的单孔多锚头压力分散型无黏结预应力锚索深层支护、框格梁及锚喷混凝土浅层支护。通过一年多的工程实践,基本完成了EL1960m以上锚索施工。经过锚索测力计、测斜孔、多点变位计等监测表明,锚固后的开挖边坡是稳定的。     

断续节理岩体渐进破坏数值模拟方法及等效力学参数的测定

工程岩体分级标准一般不考虑工程岩体的本构关系,仅提供黏聚力和内摩擦角,岩石的力学参数及现场小尺度的试验结果也不能直接用于工程计算。针对这一问题,利用岩石及结构面的实测参数建立含随机裂隙的岩体数值模型,模拟裂隙岩体渐进破坏过程,并获取岩体等效力学参数的数值模拟方法。计算结果证实,考虑地应力及卸荷条件下,计算获得的岩体强度参数较基于工程岩体分类体系的经验值高30%~50%,各风化、卸荷区结论一致,数值模拟获得的岩体卸载变形模量与工程实测值反演获得的变形模量一致。采用数值模拟方法获取岩体破坏模式、本构关系及相应的强度、变形参数是可行的。     

岩体工程勘察中的量化描述方法

不连续面的存在对岩体的工程性质有极大的影响,而目前工程勘察对于岩体及其中的不连续面的描述存在诸多不足。本文介绍了一些针对岩体及其不连续面的量化描述方法。岩体的量化描述包括取芯率、块状取芯率、岩石质量指标、裂隙指数等。不连续面的描述包括倾角、张开程度、不连续面的平滑程度等。并指出只需对现有的岩石钻探的工艺进行少量改进,即可获得大量的岩体及不连续面的信息,可为工程建设提供可靠的依据。     

小湾水电站坝基开挖岩体卸荷裂隙发育特征

 小湾水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的龙头水库和巨型电站,设计坝型为混凝土双曲拱坝,最大坝高292 m,是世界上在建的第二高拱坝。由于河谷狭窄,谷坡高陡,地应力值较高,在坝基开挖过程中产生了强烈的卸荷松弛,使得岩体性质劣化,带来了一系列工程问题。介绍小湾水电站坝址区的工程地质环境,分析坝基开挖卸荷裂隙的宏观特征,发现：(1) 当高程由大变小,坝基开挖卸荷裂隙的倾角由大逐渐变小;(2) 两岸卸荷裂隙倾向相反,相对产出;(3) 裂隙面发育与坝基开挖面近于平行,形成兜底缝。把卸荷裂隙分为继生型卸荷裂隙、扩展型卸荷裂隙以及新生型卸荷裂隙三类,分析其生成机制。在此基础上,通过监测资料和声波分析资料,确定坝基开挖卸荷裂隙的分布特征及分布范围。这对于岩体开挖卸荷问题的研究及岩体加固处理措施的选择均具有重要意义。     

西南水电高陡岩石边坡工程关键技术研究

 我国西南地区山高谷深,水力资源丰富,高坝大库工程较多。由于特定的地形地质条件,高陡边坡稳定问题突出,成为制约水电资源开发和工程建设的关键技术问题之一。立足于西南水电岩石边坡工程实践,结合边坡工程科研成果,总结分析边坡工程的主要技术特点和关键技术问题,提出边坡工程研究思路和研究内容;在此基础上,从边坡地质条件、设计理论与方法、实施过程控制等方面,对边坡深裂缝成因、坡体结构、参数取值、安全控制标准、加固设计方法、反馈分析等若干关键技术问题,进行一些探索,提出一些新的认识。研究成果在水电工程边坡设计和建设过程中得以成功应用,特别是由深卸荷松弛岩体组成的锦屏一级特高边坡(530 m)和大岗山特高边坡(420 m)实施效果良好,对边坡工程勘察设计和岩石力学理论研究具有借鉴意义。     

基于有限元分析的岩质边坡稳定性 模糊评判方法研究

 随着模糊数学引入到岩质边坡稳定性分析中，已取得多项成果，但评价专家主观意识对评价结果的影响较大、评价因素覆盖面不全，因此评价系统对岩质边坡的针对性不足等问题始终存在。对此，在将岩体质量分级法和卸荷岩体力学理论引入到模糊评价系统的基础上，提出一种基于有限元分析的边坡稳定性模糊评判方法。该方法在增加和修正评判因素的同时，通过有限元模型的计算结果分析，选取适当的参照量，将某些因素影响进行定量化处理，从而确定这些因素的权重比，减少专家评分中主观上造成的偏差。结合实际工程的分析过程显示，该方法实际操作性较强，对岩质边坡的分析更具针对性，能使得较多的影响边坡稳定性因素参与评判。     

隧道进洞段围岩安全性定量评价方法与应用

针对隧道修建过程中进洞段围岩稳定性相对较差的问题,基于Mohr-Coulomb屈服准则建立单元点安全系数定量计算方法,用于评估隧道洞口段的安全稳定性。该点安全系数计算方法基本原理是通过计算一点的应力Mohr圆到材料强度特征线的距离获得。西气东输二线工程二妹顶山隧道进洞段分步开挖过程中,对洞口段岩体的点安全系数演化过程的分析和对围岩支护参数的优化设计实践表明,该方法不仅可以方便地评价隧道洞口段的稳定性,还可为隧道洞口段围岩支护设计提供科学参考。     

锦屏一级水电站复杂地质条件下坝肩高陡边坡稳定性分析及其加固设计

 锦屏一级水电站是我国在建的世界最高拱坝,坝肩工程边坡高度达500 m,规模巨大。电站枢纽区地处深山峡谷地区,自然谷坡高陡,地应力水平较高,谷坡岩体卸荷强烈,并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝等不良地质现象。在地质条件详细调查基础上,分析左岸缆机平台以上的顺坡向倾倒变形体、左岸1 800 m高程以上的楔形双滑变形拉裂体等坡体结构及其破坏模式,并进行边坡稳定性分区和计算分析。根据坡体结构特点,确定少开挖、弱爆破、强支护、分区分层支护、控制整体、以面覆点的开挖施工和加固设计原则,实施以预应力锚索和抗剪洞为主、辅以锚杆、混凝土框格梁等措施的局部和整体、浅表和深层的全方位、多层次边坡加固控制体系。精细设计并严格控制施工时序、爆破技术和工艺,保证建基面岩体质量,通过动态设计和完善的管理机制确保边坡施工安全。2006年7月～2009年9月边坡监测资料表明：边坡浅表最大横向位移79.5 mm,最大垂直下沉位移52.5 mm,主要受地层岩性和坡体结构控制;深层最大变形量60 mm,最大速率0.1 mm/d,主要受深部裂缝控制;目前位移均趋于收敛,满足安全控制标准。锦屏一级水电站坝肩高边坡工程的成功实施为我国工程建设提供新的经验和借鉴。     

地震作用下陡岩崩塌颗粒离散元数值模拟研究

 基于江坪河水电站陡岩边坡,进行块体倾覆分析确定地震影响下潜在的破坏位置,推导地震波在颗粒介质内中传播时的边界条件设置公式,用二维颗粒离散元模拟分析地震作用下陡岩的崩塌灾害。结果表明：基于颗粒离散元的崩塌灾害分析方法可通过颗粒运动轨迹来判断边坡是否稳定,研究边坡破坏扩展过程,并可通过修改边界颗粒的属性来模拟入射地震波及透射边界,可最大限度模拟荷载–岩性–灾害发展的耦合作用;地震作用下顺坡向陡倾角卸荷裂隙发育是影响陡岩边坡稳定的控制性结构面,表层发生局部崩塌、块体失稳的可能性较大,其破坏机制为高烈度地震作用下从表层局部块体崩落开始,继而沿着节理裂隙快速扩展直至上部岩体产生崩塌,破坏规模则主要取决于顺层向裂隙的发育深度。该方法可为崩塌失稳边坡的稳定性研究及灾害预测提供理论依据。     

岩块卸荷效应与工程岩体质量评价

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计必须回答的主要工程地质问题,在许多常用的岩体质量评价方法中,岩体的完整性指数是一个重要评价指标,而由于岩芯卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异方面的原因导致岩体完整性指数不能够准确的表示岩体的完整程度,有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象。论文针对以上问题开展岩块波速应力关系相关的试验,研究岩块的波速应力关系,提出岩块卸荷指标和频率修正系数2个因子对岩体完整性指数计算公式进行修正,进而对国标BQ岩体质量分级法进行改进。最后将改进的BQ岩体质量分级法在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,评价结果表明场区绝大部分岩体质量都为I级或II级。     

开挖动态卸荷对节理岩体渗透特性的影响研究

 利用应力波理论分析高地应力条件下节理岩体边坡开挖过程中的动态卸荷效应，探讨卸荷松动后节理岩体渗透特性的变化规律。研究结果表明，高地应力作用下节理岩体边坡开挖过程中的动态卸荷松动效应显著，其影响必须考虑。开挖荷载幅值、岩体弹性模量和节理分布间距等因素通过影响节理开度而影响岩体的渗透特性；岩体中完整母岩与节理岩体的结合部位往往是开挖松动较大的部位，其渗透系数变化明显。对于等间距平行节理组垂直切割的直立坡岩体，若岩体的弹性模量由坡外向坡内呈线性增大，计算得到的节理岩体渗透系数分布符合幂函数衰减规律(由坡外向坡内)；若节理岩体的弹性模量由坡外向坡内无变化，则开挖动态卸荷松动现象不会发生。     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

中国水利水电边坡数据库及XML技术的应用

 简要地介绍中国水利水电科学研究院开发的水利水电边坡登录数据库，这套数据库是基于过去的十几年中中国的水利水电工作者收集到的117个滑坡实例上形成的。这套数据库内容丰富，涵盖边坡工程中地质情况、开挖与治理设计、监测等方面；同时还介绍对这些边坡资料的分类以及整理工作，通过表格的形式，列举边坡的分类统计成果。这个边坡数据库可为今后工程中类似边坡的设计与治理提供重要的参考与借鉴。目前，飞速发展的计算机技术为边坡资料的网络共享提供便利。XML技术具有简单易读、具有很强的可拓展性以及可以跨平台传输数据等优点，在网络技术中得到广泛的应用，再结合SQL Sever 2000数据库，为边坡登录数据库的全球网络共享提供技术支持。以漫湾水电站左岸边坡为例，说明XML技术在边坡数据库中的应用，并简述构建网络共享数据库的思路。