锦屏一级水电站左岸边坡深部裂缝成因初探

 对锦屏一级水电站边坡工程地质条件、坝址区实测地应力分布及左岸深部裂缝发育规律进行全面分析,采用UDEC和3DEC离散元程序模拟锦屏一级水电站河谷的演化发展,对河谷边坡不同演化阶段应力场的变化规律及变形与卸荷分带规律进行深入分析。根据数值模拟结果并结合河谷边坡变形及地应力现状特征,认为锦屏一级水电站左岸发育的深部裂缝是在河谷地质结构上软下硬、地层反倾、上部开阔下部狭窄、下蚀迅速和区域高应力背景的特定条件下,在河谷下切至1 830～1 730 m高程阶段造成边坡1 700～1 850 m高程范围的局部应力集中到超过岩体强度而产生岩体屈服破坏的结果。从工程地质定性的角度分析,目前左岸发育的深部裂缝对边坡稳定性的影响有别于区域构造断层,其对工程边坡的影响是有限的、局部的,工程中切实保护河谷1 680 m高程以下岩体是控制深部裂缝进一步发展及保证边坡稳定的基本原则。     

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。     

绩溪抽水蓄能电站上库左岸卸荷裂隙对边坡岩体位移的影响分析

本文以安徽省绩溪抽水蓄能电站左岸高边坡为研究对象,采用有限元软件ANSYS进行数值模拟,对比考虑岩体卸荷后边坡稳定性的差别。根据裂隙发育的实际特征建立地质模型,并做合理的简化建立起概化模型,最终赋予岩体、软弱夹层相应的材料类型和物理力学参数,建立起有限元模型进行数值分析。     

锦屏一级水电站普斯罗沟左岸深部裂缝成因的工程地质分析

通过对锦屏一级水电站普斯罗沟坝址左岸深部裂缝空间发育规律、深部裂缝变形特征的考察 ,从地质、力学、数值方法多方面分析了造成深部裂缝发育规律和变形特征的因素。在此基础上明确指出 ,普斯罗沟左岸深部裂缝的成因就是边坡在自重应力和构造应力的复合应力场卸荷的结果 ,没有超出常规意义下边坡卸荷作用的范畴。     

锦屏一级水电站左岸坝肩高边坡长期稳定性数值分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高边坡长期稳定性事关该水电站的正常安全运营。为充分掌握左岸岩石高边坡长期稳定性,建立了含f5,f8,f2,f42–9和煌斑岩脉X等软弱结构面的地质力学模型,并采用西原模型及有限差分数值计算方法,模拟正常蓄水位下左岸边坡岩体的长期力学行为。数值分析结果显示:左岸坝肩高边坡蠕变数值计算结果与现场监测数据总体位移变化趋势基本一致;经过一段时间后,边坡岩体蠕变位移变化基本趋于稳定,蠕变速率逐渐趋于恒定,西原模型可以反映锦屏一级水电站左岸边坡岩体的蠕变变形特性;在f5,f8,f2,f42–9和煌斑岩脉X出露区域以及开口线外危岩体边坡、1 960 m高程以上缆机平台边坡、1 885~1 960 m高程开挖边坡、"大块体"、PD44X平洞深部岩体等部位的蠕变位移变化比较明显;特别是拱肩槽1 730 m高程开挖平台与软弱结构面交汇部位,由于受到拱坝的拱端推力作用,蠕变变形更为明显,应重点关注,加强监测力度。     

预应力锚索加固边坡的数值模拟分析

结合工程实例,采用有限元软件ANSYS,对全粘结拉力型、自由段非粘结拉力型和压力型预应力锚索加固边坡进行数值计算,并基于强度折减法原理,计算了边坡加固前后的稳定安全系数,对预应力锚索加固边坡的稳定性进行评价。结果表明,预应力锚索加固边坡后,边坡的最大变形、最大竖向位移、最大塑性等效应变和最大等效应力均较小,边坡塑性区很小,并且有限元计算得到的稳定安全系数满足要求,达到了加固边坡的效果;压力型预应力锚索最大等效应力小于拉力型预应力锚索,且全粘结拉力型预应力锚索在滑带处产生应力集中,因此压力型预应力锚索具有一定的优越性。     

边坡预应力锚索加固的数值模拟方法研究

预应力锚索是治理高边坡稳定性的极为有效的方法。然而在边坡稳定性有限元分析中,往往会发现预应力锚索加固效果并不如实际情况下有效。造成这一现象是由于现有的预应力锚索的模拟方法没有很好地反映出锚索的工作机制,预应力锚索对于岩体不仅有应力贡献还具有刚度贡献,而且两者的发挥时机是不同的。通过评述现有各种预应力锚固模拟方法,分析对比了各方法的优缺点,介绍了在近年几十个边坡工程咨询工作中逐步完善起来的预应力锚固模拟的一系列改进措施,并提出了一套能够对锚索张拉、锁定、回灌等工序进行全过程仿真的新型锚索单元及其相应模拟新方法。最后结合锦屏一级水电站左岸坝肩边坡实例,给出了原有方法与改进方法之间对比例证。     

预应力锚索锚固机理的数值模拟试验研究

为研究预应力锚索对三峡船闸高边坡岩体的加固效果，采用三维显示有限差分法，建立预应力锚固数值仿真模型，进行一系列计算机模拟试验。结果表明：预应力铹索在张拉过程中在岩体内形成了表层压缩区，由于多根预应力锚索的应用，每根锚营的压应力集中区相互叠合形成一个连续发布的压缩带，其分布形态与锚索布置方式、间距、锚索根数以及预应力的大小有关。对于三峡船闸高边坡，在预应力锚索和系统锚杆的共同作用下形成表层压缩带，构成了所谓的岩石锚固墙，进而缓解岩体力学性关随开挖爆破的优劣过程，限制边坡岩体的变形，改善了坡的稳定性。     

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。     

锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究

介绍锦屏一级水电站高边坡工程整体的模型试验方法,以检验和评价该工程的整体实效与稳定性。根据现场高边坡实际开挖工程、已完成支护及工程地质等条件,建立三维地质力学模型,采取施加上部荷载和底部动荷载方式,模拟和测试该边坡在上部山体正常荷载作用下边坡工程的稳定性、爆破振动荷载作用下的边坡工程稳定性,以及超常荷载作用下边坡工程的破坏过程与安全度。试验与分析结果表明,正常荷载应力作用下,该高边坡工程变形较小,边坡无破坏且稳定;在下部爆破振动工况下,未出现边坡及支护开裂与破坏,而在不断增加的超载作用下,边坡最终发生开裂和失稳破坏,且裂缝主要出现在锚固区之外。试验给出边坡变形及破坏的全过程,定量分析边坡变形和应力变化规律,探明边坡应力、变形及破坏趋势。研究结果表明,前期完成的高边坡支护工程是有效的,整个边坡在目前工况下是稳定的,并对边坡安全提出建议:后期边坡工程应有足够锚固强度,避免损伤岩体,加强长期现场监测与信息反馈。此模型试验具有重要的工程意义及实际价值。     

锦屏一级水电站IV～VI山梁雾化边坡稳定性分析

针对锦屏一级水电站左岸IV～VI梁部位岸坡“深部裂缝”发育、坡脚阻抗段岩体单薄等结构特点,分析岸坡潜在失稳的边界条件及变形破坏模式。基于多个水电工程边坡雾化失稳实例的启示,从雾化降水对岸坡岩体的作用机制入手,指出雾化对该段岸坡稳定性影响的关键是深部裂缝充水及坡体饱水。据此,按坡内不同水位对稳定性系数的影响进行初步的敏感性分析。分析结果表明:在泄洪雾化情况下,IV～VI梁边坡稳定性问题较为突出,不能满足工程边坡安全稳定要求,应加强相应的工程处理。     

从工程地质类比的角度看锦屏一级水电站左岸深部裂缝的形成

锦屏一级水电站左岸高陡边坡内部水平向很大深度上发育了大量裂缝。合理解释这一特殊的工程地质现象成为工程地质学的新课题。从工程地质类比的角度对锦屏一级水电站坝区4个边坡工程地质条件进行了详细比较，指出了区域的地壳活动水平和构造应力场强度是普斯罗沟左岸边坡深部裂缝形成的本质原因和前提条件，但是仅仅具备这个条件并不一定在边坡内部出现深部拉裂，普斯罗沟左岸边坡的边坡坡体结构以及岩性组合是深部裂缝形成的物质基础。从力学机制上来讲，它与三滩左岸边坡的变形力学机制应该相同，只是岩性和岸坡结构导致的变形破坏形式不同。     

锦屏一级水电站左坝肩边坡稳定性研究

从工程区的自然稳定斜坡调查入手，利用前期勘测的横剖面结果，获得工程区的砂板岩边坡和大理岩边坡的自然稳定斜坡的坡形数据；结合中国已建和在建水电边坡的开挖情况，采用自然斜坡比拟法和工程地质类比法综合确定拱间槽边坡的地质建议开挖坡比。在坝头深裂详细调查研究的基础上，分析拱间槽边坡开挖前后的可能失稳破坏模式及失稳块体的边界条件；通过采用三维极限平衡方法对可能失稳块体的计算模型进行分析，得到块体开挖前后的稳定系数；对失稳块体的稳定性进行详细评价，并提出块体加固方案建议，对类似工程提供可以借答的经验。     

大岗山右岸边坡卸荷裂隙密集带加固及稳定性评价研究

大岗山水电站坝址区山体雄厚、岸坡陡峻,地形地质条件复杂。右岸工程边坡规模巨大,地质构造发育,卸荷风化强烈,地震烈度高,坡体结构复杂,边坡稳定性问题极为突出。以工程地质条件为基础,深入研究边坡的潜在滑移模式,并结合现场施工条件,提出右岸边坡卸荷裂隙密集带综合加固处理方案。采用多种方法对边坡稳定性进行了计算分析,计算结果表明,加固处理后的右岸边坡满足稳定性控制标准;同时,现场监测资料也表明,目前边坡稳定性状态良好,边坡加固处理方案合理、有效。     

锦屏I级水电站左岸坝肩边坡施工期破坏模式及稳定性分析

 由于具有复杂的地质结构,岩石高边坡的变形破坏机制和失稳模式非常复杂。首先采用底摩擦试验研究锦屏I级水电站左岸工程边坡在工程开挖过程中的变形破坏模式。试验结果表明：(1) 变形破坏模式为滑移–拉裂式;(2) 岩体被煌斑岩脉X和f42–9断层共同切割形成不稳定块体,并发生失稳破坏。在此基础上,充分利用FLAC3D软件模拟边坡开挖变形的强大功能,分析边坡在开挖过程中可能的变形失稳模式。数值结果显示,f5,f8,f42–9断层以及裂隙密集带SL44–1和煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳。然后,通过有限元强度折减法计算得到工程边坡在不同工况下的安全系数：天然状态下边坡安全系数为1.277;开挖工况下边坡安全系数为1.152;施加支护措施后边坡安全系数为1.385。     

锦屏一级水电站左岸边坡稳定综合预报研究

 在总结国内外有关滑(边)坡预测预报成果的基础上,对其适用性及使用条件进行深入研究。针对锦屏一级水电站左岸高边坡的边坡类型、边坡特征、变形特点和变形机制,在监测成果的基础上,对其进行综合预报,空间上判断左岸拱肩边坡由断层F5,f42–9、深部裂缝SL44–1及煌斑岩脉X互相组合,形成可能边坡失稳块体的边界条件、楔型体滑移失稳模式;时间上采用统计模型及非线性模型多种方法联合预报,根据边坡变形时序曲线的形态及变形速率指出：边坡目前处在缓慢蠕动至匀速变形阶段,变形速率小于0.05 mm/d。设计出适合锦屏一级水电站边坡的综合预测预报模型,初步给定边坡4项预警临界值,为边坡开挖工作的顺利开展提供科学的依据。     

锦屏一级水电站左岸边坡微震监测系统及其工程应用

锦屏一级水电站坝区山高坡陡,两岸山体地应力高,左岸存在深部裂缝、低波速松弛岩体、煌斑岩脉(X)及f2,f5断层等复杂地质条件。为对左岸边坡深部岩体微震活动性进行实时监测和分析,2009年6月该边坡安装加拿大ESG公司生产的微震监测系统。通过构建左岸边坡三维地质模型和优化传感器布设方案,采用人工定点爆破试验对监测系统定位性能进行测试,结果显示在传感器阵列范围内的震源定位误差小于12m,证明系统具有较高的定位精度。对拾取的事件波形进行分析和聚类研究,给出系统运行以来微震事件的时空分布规律,初步圈定左岸边坡微震活动引起的深部岩体变形区域,并结合RFPA有限元软件对比研究边坡应力场和潜在滑裂面。研究结果表明,该边坡微震监测系统的设计和实施满足深部岩体变形的全局监测,能够识别左岸边坡可能存在的潜在岩体破坏区域和滑移面,为边坡后期生产性灌浆以及加固处理提供一些参考,也为高岩质边坡稳定性分析提供一个新的研究思路。     

锦屏左岸拱肩槽边坡稳定性及预应力锚索加固措施研究

应用大型分析系统软件FINAL,采用特有的接触界面单元模拟潜在滑动面和特殊的锚索单元模拟预应力锚索,对锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡潜在不稳定块体进行稳定性分析和加固措施研究。高边坡开挖、预应力锚索加固施工过程的数值仿真分析结果表明,采用界面单元、锚索单元,充分考虑了岩体中的不连续结构面以及预应力锚索的预应力和刚度对岩质高边坡稳定性和应力场、位移场的重要影响,较好地反映出预应力锚索在各种工况下的工作性态及加固机制,对工程中岩质高边坡的稳定性分析、加固设计有较好的借鉴和指导作用。