白鹤滩水电站柱状节理玄武岩卸荷损伤数值试验研究

白鹤滩水电站坝基的柱状节理玄武岩具有明显的卸荷损伤特性。为研究这类特殊岩体的卸荷损伤规律,通过变形试验和强度试验获取卸荷过程中柱状节理刚度和强度的定量表达式,并结合离散元方法提出了一种考虑岩体卸荷损伤的数值算法。在此基础上,建立了柱状节理玄武岩的离散元数值模型,开展开挖卸荷过程中柱状节理玄武岩力学特性的损伤规律研究。数值结果表明:岩体卸荷参量从6.0 MPa卸载到1.0 MPa的过程中,柱状节理玄武岩竖直向和水平向的弹性模量分别降低64.8%和86.3%;黏聚力分别降低18.3%和46.1%;内摩擦角分别降低8.4%和64.7%;柱状节理玄武岩具有显著的卸荷损伤特性,在开挖卸荷过程中变形参数和强度参数均有较大幅度的降低,且水平方向的降低程度大于竖直方向。研究成果可为工程开挖方式和支护形式的选取提供有益参考。     

含原生隐性节理工程岩体分级方法

白鹤滩水电站柱状节理玄武岩体内原生微裂隙发育,分布有宏观肉眼不易辨认的隐性节理,节理面较平整,多呈闭合状,为断续镶嵌结构,但岩石强度大,纵波波速高,岩体本身质量及其实际结构特征与测试得到的物理力学性质不相匹配。以白鹤滩水电站坝基柱状节理玄武岩作为含原生隐性节理的代表性岩体,基于其特殊性状,开展现场钻孔取芯、声波测试与点荷载试验,采用目前较为常用的几种工程岩体分级方法对其开展分级研究,对比分析岩体分级的结果与工程实际情况是否具有一致性;并以BQ分级方法为基础,在特定条件下引入RQD来修正岩体完整性系数K_v值,建立了一种适用含有原生隐性节理的工程岩体分级方法;将该方法用于白鹤滩柱状节理玄武岩的工程分级,分级结果与工程实际具有较好的一致性;最后,通过现场原位岩体变形试验对改进的分级方法进行验证可知,测试得到的柱状节理玄武岩变形参数与改进后BQ法的分级结果具有较好的匹配性。     

白鹤滩水电站柱状节理玄武岩固结灌浆试验成果分析与建议

白鹤滩水电站大坝建基面扩大基础范围内广泛发育柱状节理玄武岩,岩体微裂隙发育,完整性较差。爆破开挖前柱状节理基本上呈闭合状态,可灌性较差,基础处理难度大。为研究提高柱状节理玄武岩坝基岩体承载力、强度和整体性的解决方案,探索相关灌浆方案、灌浆材料、浆液配合比及施工工艺等,在柱状节理玄武岩区域进行"有盖重灌浆"和"无盖重结合0~5 m有盖重灌浆"固结灌浆试验。试验成果和物探测试成果为确定白鹤滩水电站大坝坝基固结灌浆施工方法和质量检查标准提供依据,同时也为类似地质条件工程提供参考。     

大断面高边墙导流隧洞柱状节理段施工综合应对措施

白鹤滩水电站玄武岩岩流层产状总体为N42°~45°E,SE∠15°~20°,在P2β32层、P2β33层、P2β41层均发育柱状节理玄武岩。柱状节理玄武岩开挖后易张开、松弛,导致开挖面逐层剥落,进而影响建筑物结构安全。通过对白鹤滩水电站导流洞柱状节理段施工、支护参数优化等进行总结,可为类似大型断面柱状节理发育隧洞施工提供参考。     

柱状节理玄武岩爆破开挖现场试验研究——以白鹤滩水电站为例

为了确定适合柱状节理玄武岩开挖的爆破参数,研究爆破开挖对柱状节理岩体区域造成的损伤,选择与工程条件相近的梯段,进行了较大开挖规模的坝基柱状节理玄武岩光面爆破与预裂爆破对比试验。结果表明,在相同的爆破参数下,柱状节理岩体在爆破前后损伤深度一般大于非柱状节理;对于柱状节理,光面爆破较预裂爆破的振动大,爆前爆后损伤深度也较大;通过爆破参数的调整,可以减小爆破开挖对柱状节理岩体区域造成的损伤深度。试验研究结果可为柱状节理岩体爆破开挖的优化施工提供依据。     

水利工程中的柱状节理岩体分类及质量评价

在总结国内外水利水电工程涉及柱状节理岩体工程问题的基础上,根据我国拟建的白鹤滩水电站工程不规则柱状节理岩体现场勘测和测试结果,对柱状节理岩体的分类方法进行了探讨,提出了柱状镶嵌块状结构和柱状镶嵌碎裂结构的分类方法.应用岩体质量评价的RMR法和GSI法对白鹤滩水电站两类柱状节理岩体进行了分析,并与美国汉佛德玄武岩核废料埋...     

白鹤滩水电站导流洞柱状节理玄武岩开挖施工浅析

白鹤滩水电站导流洞工程规模大、地质条件复杂,尤其深埋段柱状节理发育,给工程施工增加了难度。柱状节理玄武岩存在易变型、易松弛等特点。根据工程施工特点及对柱状节理玄武岩的研究成果,对柱状节理玄武岩开挖施工的成功经验进行阐述,通过介绍柱状节理段爆破参数及支护参数、围岩变形监测点布设,分析了收敛变形监测成果。研究成果可供类似围岩开挖施工借鉴。     

西南某电站坝基柱状节理玄武岩松弛特性研究

柱状节理玄武岩因其特殊的岩体结构,开挖卸荷后易松弛、岩体力学参数降低,对工程建设不利。因此,研究柱状节理玄武岩的松弛特性,对柱状节理玄武岩的开挖、支护设计有着重要意义。通过岩体声波测试,分析西南某电站坝基在开挖过程中柱状节理玄武岩的松弛特性,总结了开挖卸荷后坝基柱状节理玄武岩在松弛深度、松弛岩体时空分布、松弛程度等方面的规律,为工程设计提供了可靠依据。     

白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理开挖松弛特性试验研究

白鹤滩水电站左岸坝基边坡柱状节理玄武岩出露且易松弛,对边坡安全稳定影响较大。为了解坝基柱状节理玄武岩在爆破开挖后松弛深度的变化规律及发展趋势,以坝基650~660 m高程边坡柱状节理试验区为研究对象,利用声波孔检测不同区域、不同支护条件下岩体松弛深度。通过分析检测成果得出如下结论:地质条件对柱状节理玄武岩的松弛深度有影响;预应力锚杆在一定时间内能压密松弛岩体,其防松弛作用好于砂浆锚杆。     

考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖特性研究

通过建立柱状节理岩体径向应力比与力学劣化系数的数学关系,获取柱状节理岩体卸荷损伤效应的定量表达式。结合FLAC~(3D)提出一种考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖分析方法,实现岩体单元的力学参数在开挖过程中随实际应力状态得到动态调整。在此基础上开展柱状节理岩体试验洞的开挖特性分析。结果表明,考虑卸荷损伤的计算数据与实测数据基本吻合,试验洞围岩的位移、体积应变增量和塑性区均随开挖断面的逐步增加而增大,且呈边墙最大,底板次之,拱顶最小的分布规律。最后采用体积应变增量大于0.10%和塑性区作为岩体松弛的综合判别指标,其分析结果与钻孔声波测试数据相一致。     

水利工程中的柱状节理岩体分类及质量评价

柱状节理岩体广泛地分布于中国西南水电开发区域，其力学特性对水电工程的安全建设与运行意义重大。在前人关于柱状节理岩体的研究成果基础上，总结了国内外涉及柱状节理岩体工程问题的水利水电工程，结合白鹤滩水电站工程的不规则柱状节理岩体现场勘测和测试结果，对柱状节理岩体的分类方法进行了探讨，提出了柱状镶嵌块状结构和柱状镶嵌碎裂结构的分类方法，利用岩体质量评价的RMR法和GSI法对白鹤滩水电站两类柱状节理岩体进行了分析，对比了美国汉佛德柱状节理岩体工程案例，计算表明，RMR法和GSI法能较好的反映白鹤滩柱状节理岩体的工程力学特性，适用于类似工程的岩体质量评价。     

白鹤滩水电站导流洞柱状节理玄武岩变形特性分析

在白鹤滩导流洞柱状节理玄武岩已开挖施工的洞段,出现多处局部岩体松弛破裂和垮塌现象。经深入研究玄武岩柱状节理变形特性,根据对开挖、支护阶段围岩变形、锚杆应力、松弛深度检测的成果,对比分析开挖阶段围岩变形差异,提出了支护方式与时机选择,为导流洞的开挖与支护提供了技术支撑。     

岩体原位试验新技术在水工复杂岩体工程中的应用综述

为解决复杂岩石力学问题,研发了复杂应力路径岩体高压真三轴原位试验技术及流变试验技术、岩体原位大尺度模型试验技术以及岩体破裂扩展精细探测技术等岩体原位试验新技术,并将其应用于白鹤滩柱状节理玄武岩修建高拱坝适宜性、锦屏二级引水隧洞高应力条件下深埋岩体力学特性、乌江构皮滩垂直升船机软岩地基长期变形预测等水工复杂岩体工程关键技术问题的研究。主要研究成果为:①针对高地应力岩体和地下洞室开挖复杂应力路径岩体的变形破坏问题,获得了柱状节理玄武岩、深埋大理岩考虑中间主应力影响的非线性强度准则的强度参数;②针对高应力、复杂应力路径条件下复杂结构岩体的流变特性问题,获得了深埋大理岩流变参数;③针对柱状节理玄武岩松弛特性及预应力锚固防松弛措施,实现了柱状节理玄武岩开挖松弛过程以及岩体真三轴试验破坏过程声发射精细探测;④针对构皮滩超高垂直升船机桩-软岩复合地基长期变形问题,获得了桩-软岩复合地基流变参数。该成果提升了岩体原位试验技术水平,发展了岩石力学基础理论,对解决水工复杂条件下的岩石力学新问题提供了技术支撑。     

柱状节理玄武岩洞段开挖支护施工技术——以白鹤滩水电站导流洞为例

白鹤滩水电站导流洞工程开挖断面大、地应力水平较高,柱状节理玄武岩分布规模大、岩体特点突出、不良地质现象频发、开挖支护施工难度大。在柱状节理玄武岩洞段施工过程中,通过对开挖支护方法及支护参数不断地改进,取得了良好的效果,保证了施工人员设备安全和开挖施工节点目标的顺利实现。     

白鹤滩水电站特高拱坝设计关键技术研究

白鹤滩坝址两岸地形地质条件不对称,坝基中下部出露特殊的柱状节理玄武岩,断层、层间层内错动带发育,岸坡卸荷发育强,坝址地震烈度高。针对复杂的工程地质条件和高标准建设要求,白鹤滩拱坝设计研究围绕坝址坝线选择、不对称拱坝、坝基处理、建基面防松弛变形、高坝抗震、坝体温控防裂等关键技术难题,开展了大量的专题研究及技术攻关,取得了丰硕的成果,保障了工程顺利建设。     

PFC~(2D)模拟研究不同工况的异面非贯通节理对岩体力学性质的影响

针对非贯通节理岩体研究中多以共面节理岩体为对象、对异面节理岩体力学性质研究较少的问题,为了更全面的研究非贯通节理岩体的贯通扩展规律,基于直剪模型试验及相关颗粒流理论,利用颗粒离散元数值模拟软件PFC~(2D),研究不同工况的非贯通异面节理岩体。对比异面节理起伏角度、节理倾斜角度(节理与水平剪切方向的夹角)、节理连通率以及试验加载速率和法向应力对异面非贯通节理岩体扩展贯通机理和强度特性的影响。试验结果显示以上五方面对非贯通节理岩体的力学特性影响显著:(1)异面节理的起伏角度越大,非贯通节理岩体的峰值抗剪强度越大,抗剪能力越强。岩体的峰值剪切位移随着节理起伏角度的增大有增大的趋势。(2)非贯通节理岩体的峰值剪切强度、峰值剪切位移会随着试验剪切速率的增大逐渐增大,但增大的速率和幅度会随剪切速率的增大而变小。(3)非贯通节理岩体的峰值抗剪强度会随着法向应力的增大逐渐增大,且增大趋势呈线性。(4)异面节理的连通率越大,非贯通节理岩体的抗剪能力越差,峰值抗剪强度越小。峰值剪切位移亦随连通率的增大而减小,但减小幅度不大。(5)节理的倾角越大,岩体峰值切应力越大,抗剪能力越强。     

节理岩体单轴瞬态卸荷动态响应机理

为了研究深部节理岩体开挖瞬态卸荷力学响应及变形损伤规律,通过理论分析、室内试验、数值分析等技术手段,深入研究了深部节理岩体开挖中的瞬态卸荷力学机理及动力响应,探讨了瞬态卸荷和节理的相互作用机制,建立了可描述现场原位试验的数值模型。结果表明：在单轴瞬态卸荷的第1阶段中,岩体内不会产生拉应力,而在第2阶段中,反射拉伸应力波将动能完全转化为弹性势能,导致岩体内产生拉应力;当有节理存在时,卸载波会在节理处产生透反射现象,导致节理张开量与节理刚度呈负相关;在节理岩体的单轴瞬态卸荷第2阶段中,反射拉伸应力波传递至节理时,会导致节理大幅度张开,诱发岩体的位移突变现象。研究结果对于深入了解单轴瞬态卸荷作用下岩体的力学响应机制具有重要意义,为开展深部岩体瞬态卸荷研究提供了重要的参考依据。     

不同粗糙度断续节理岩体直剪试验的颗粒流模拟

为了探究不同粗糙度断续节理岩体直剪试验的裂纹扩展过程及破坏模式,基于颗粒流方法,对试样施加不同法向应力,并探讨了预剪面应力演化过程。研究结果表明:根据微观裂纹的张、剪属性及其演化过程,岩桥破坏模式大体可分为5类,且与法向应力和节理面粗糙度密切相关,法向应力、节理粗糙度的增加都会促使岩桥向剪切破坏方式转变;初始翼裂纹与原节理面的夹角对法向应力变化不敏感,而随着节理粗糙度的增加而减小;在剪切过程中,预剪面上的应力分布不均匀且不断进行重分布,对于平直节理岩体剪应力主要由岩桥承担,且无论水平向还是法向,岩桥部分压应力均大于节理部分;而对于粗糙节理岩体,剪应力由节理和岩桥共同承担,且节理部分的应力均高于岩桥部分。研究成果对进一步明确断续节理岩体的力学参数有参考价值。     

库岸边坡水-岩作用对节理砂岩力学特性影响研究

三峡库区蓄水之后,库水位在145 m和175 m之间呈周期性的升降变化趋势,考虑消落带岩体的实际赋存环境,设计进行了考虑水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验,分析了水-岩作用的劣化效应。研究结果表明:(1)节理砂岩抗压强度、变形模量随节理倾角的变化呈先减小再增大的U形变化规律,在周期性水-岩作用下,节理砂岩的抗压强度和变形模量劣化效应明显,其中前5次水-岩作用导致的劣化效应尤为显著;(2)水-岩作用使得节理砂岩的各向异性力学特性逐渐减弱,其中,抗压强度的各向异性度从1.56降低到1.41,变形模量的各向异性度从1.53降低到1.33;(3)水-岩作用不仅使得岩体整体力学性质劣化,也逐渐改变节理岩体的破坏模式,导致不同倾角节理砂岩力学特性劣化趋势存在明显差异,其中,在节理倾角为0°和90°附近时,水-岩作用导致的劣化幅度相对较大,而节理倾角为60。左右时的劣化幅度相对较小。研究结果可为库岸边坡的长期变形稳定分析提供较好的参考。     

白鹤滩水电站坝基岩体盖重固结灌浆研究

白鹤滩水电站是国内外首个利用柱状节理玄武岩作为基础的特高拱坝。为解决坝基柱状节理玄武岩开挖松弛问题,满足特高拱坝稳定、安全条件,研究提出了河床坝段岩体盖重固结灌浆方案。在左岸坝基高程650～630 m开展生产性试验,灌浆后采用声波测试和压水试验,同时探索了保护层小梯段预裂爆破对已灌浆岩体的影响。试验结果表明,该方案对白鹤滩坝基复杂地质条件的处理是可行的,可用于下一步固结灌浆施工。