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。     

基于激光扫描的高边坡危岩体识别及锚固方法研究

 利用三维激光测量技术获取高陡边坡的高密度点云坐标数据,建立高边坡表面模型。基于三维激光点云数据提取高陡边坡的岩体结构面的产状和几何信息数据。在此基础上,提出危岩块体的识别方法,即将高陡边坡的危岩体点云数据进行构网,形成为块体单元,然后利用虚拟结构面对块体单元进行分割,形成空间块体模型,并根据危岩体失稳类型对空间块体模型进行分类。基于极限平衡理论和各类危岩的破坏机制以及作用在危岩体上荷载组合,建立危岩体锚固计算方法。将该方法应用于东平白佛山边坡的危岩体调查及治理中,根据白佛山边坡危岩体的主要荷载类型(如自重、裂隙水压力和地震力等)及不同类型的危岩体稳定系数,计算不同类型危岩体的最小锚杆数。研究结果表明：(1) 三维激光扫描技术可以远距离、快速获取高陡边坡的空间坐标数据,进而获取岩体结构面的空间信息和产状;(2) 基于危岩体空间坐标数据、结构面空间信息和不同荷载组合,可进行危岩体分类和锚固计算,得到危岩锚固所需的锚杆或锚索数,为危岩锚固治理设计提供依据。工程实例表明,该方法具有较强的适用性和可靠性,有助于高陡边坡危岩体加固方案的设计和优化。     

雅鲁藏布江街需水电站巨型危岩体基本特征及防治措施

高位危岩体对水电工程的施工安全和正常运营具有显著影响,尤其是规模较大且位于开挖线以外的大型危岩体,大型设备难以到达且加固难度较大,其治理方案对地质勘探提出更高要求。雅鲁藏布江上游河谷深切,边坡高陡,在街需水电站左坝肩发育一大型危岩体,约37.5万方,通过查明危岩体的赋存边界、连通状态、等效参数,采用定性和定量方法综合确定危岩体整体和局部稳定性、失稳方式,并提出了针对性的治理措施,这对巨型危岩评价思路和防治措施,具有一定指导意义。     

水电工程高陡边坡全生命周期安全控制研究综述

 库坝安全是水电工程成败的关键,高陡边坡规模巨大、服役时间长、安全标准高,设计、施工与运行的难度世界罕见,已成为制约水利水电工程建设与运行安全的关键科学技术难题。在回顾研究现状的基础上,紧扣高陡边坡性能演化与安全控制这一主题,以全生命周期为研究主线,阐明高地应力区高陡边坡岩体工程作用机制与效应、复杂环境下高陡边坡变形与稳定性演化机制、高陡边坡全生命周期性能评估与安全控制理论等关键科学问题及其重点研究内容,论述水电工程高陡边坡全生命周期安全控制研究的学术思路与技术路线,介绍部分阶段性研究成果,对高陡边坡开挖锚固与渗流控制等工程作用效应、高陡边坡岩体时效力学特性、边坡与坝体–库水相互作用与稳定性演化机制以及高陡边坡全生命周期性能评估与安全控制等进行展望。     

顺层岩质边坡开挖松弛区试验研究

路堑边坡走向与岩层走向夹角大小对顺层岩质边坡稳定性有影响,但究竟二者关系如何,是设计人员关心的问题。在实际工程中,陡倾状顺层岩质边坡不稳定岩体可以刷方,但清方量较大的缓倾角和中等倾角顺层岩质边坡,其开挖松弛区范围也是设计人员关心的问题。利用地质力学模型试验方法,对上述两个问题进行了探讨,给出了确定开挖松弛区范围的方法,以及顺层岩质边坡的边坡走向与岩层走向夹角的上限值。     

基于三维激光扫描的高陡边坡块体稳定性研究

艰险山区工程建设中高陡边坡块体稳定性是安全与防灾的重要问题,对艰险山区高陡边坡岩体结构面的调查是分析该问题的关键。以澜沧江某重大工程高边坡为研究对象,应用三维激光扫描技术,研究了远距离调查分析岩体结构的分析方法,分析了该高陡边坡的岩体结构面空间分布状况,统计分析了结构面的优势方向和岩石块体的分布状况,以此为基础,应用极限平衡分析方法,研究了该高陡边坡的岩石块体稳定性。     

竖直荷载作用下高边坡岩体三维应力特征

自然中的边坡实际上为三维体,只有将其置于三维空间中考虑才能真实的反映实际情况,由此得出的结论才更符合其真实受力。利用ANSYS,对荷载作用下三维均质高陡边坡岩体力学行为特征分析,获得高陡边坡岩体力学行为特征及其变化规律,为高陡桥基边坡稳定性分析提供理论基础。     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行.通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性.研究结果表明:该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间.     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行。通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性。研究结果表明：该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间。     

大型边坡稳定性状态的分析

清江隔河岩水利枢纽引水隧洞出口及厂房高边坡，其坡高且范围大，边坡呈上硬下软，有多组裂隙断层切割。东西部各有一个危岩体，施工中对边坡和危岩体采取了多种工程加固措施，形成了一个具有多级台阶分布式的边坡。高边坡地表变形和深部位移量很小，说明运行期边坡稳定性良好。     

牙根水电站右岸1号松动体削坡减载方案研究

通过对松动体地质情况及滑移模式的研究,以蓄水＋地震工况来确定牙根水电站右岸1号松动体的削坡减载方案,结果表明,松动体开挖平台高程为2565m,开挖边坡最好选用预应力锚索支护。     

岩锚吊车梁破坏机制的计算模拟分析

采用非线性有限元方法研究了钢筋混凝土岩锚吊车梁和围岩的力学特性。结合某水电站三期扩建工程实践，假定地下厂房围岩和混凝土材料满足Drucke-Prager弹塑性本构关系，采用三维有限元方法计算模拟了岩锚吊车梁的破坏机制，并进行了相应的稳定性分析。数值模拟结果表明，地下厂房围岩与岩锚吊车梁交界面的粘聚力和摩擦系数大小对岩锚吊车梁的稳定性有着重要的影响。随着围岩与混凝土岩锚吊车梁粘聚力的降低，岩锚吊车梁的抗滑安全系数减小。而当围岩与岩锚梁交界面出现破坏时，岩锚吊车梁的安全系数为3．7。地下厂房的继续开挖对于吊车梁系统锚杆和周围岩体的应力分布有较大影响。有效控制地下厂房爆破开挖对围岩的损伤，对于改善岩锚吊车梁的受力状态和提高吊车梁的稳定性具有实际意义。     

大型复杂岩质高边坡安全监测与分析

 岩石高边坡稳定性是水电站建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸开挖高边坡地应力高、断层裂隙发育、岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别突出。介绍左岸边坡的监测布置,并对岩体表面变形趋势、空间分布形态、变形与开挖的关系进行分析,对多点位移计变形大小、岩体变形与结构面的关系进行探讨,对平洞石墨杆收敛计变形、谷幅平距观测、锚索荷载和抗剪洞变形等监测结果进行综合分析,得到边坡岩体的变形规律。研究结果表明,锦屏一级水电站左岸边坡岩体受开挖影响的范围较大,超过80 m,边坡岩体卸荷松弛变形量级较大,边坡岩体应力释放与转移过程较长,边坡达到完全稳定需要的时间较长。该工程的监测成果可供其他类似工程参考和借鉴。     

瀑布沟水电站库首右岸拉裂变形体变形特征与分析

 随着我国水电建设的大力发展,越来越多的大型工程遇到松动岩体稳定问题,松动岩体的变形特征及失稳机制十分复杂,亟待进一步研究。以瀑布沟水电站库首右岸拉裂变形体监测资料和地质资料为基础,总结出用监测数据分析拉裂变形体变形特征及失稳机制的方法,并与清江隔河岩茅坪滑坡、瀑布沟堆石坝上游坝坡的监测资料分析结果对比,验证该方法的可靠性。研究结果表明：(1) 拉裂变形体以块体错动的方式变形,且地形控制其优势错动方向;(2) 拉裂变形体的变形模式是局部渐进式错动,目前不同部位的岩体错动方向、错动时间等均存在较大差异,空间上未形成整体、时间上未形成统一的错动;(3) 根据竖直测斜孔监测分析结果反映的特征,将错动带分为两大类(I和II),且将第I类进一步分为两小类(I1和I2);(4) 利用锚索进行深部治理时应重视辨别错动带的类型,重点控制第I类错动带,同时还应重视随机锚杆的浅部治理;(5) 拉裂变形体的变形对降雨和蓄水不敏感。     

裂隙岩质边坡渗流与非连续变形耦合过程分析

 裂隙岩体中的渗流–应力耦合作用是岩质边坡失稳的重要因素之一。离散裂隙网络(DFN)模型用于研究裂隙岩体渗流,具有概念简单、效率高、适用性强的优点,是研究裂隙岩体渗流问题最为有效的手段之一。非连续变形分析(DDA)方法是专门针对裂隙岩体的非连续特性提出的一种变形场求解方法,能够更加真实地刻画工程岩体。将DFN模拟和DDA方法结合起来,提出基于DDA-DFN的渗流–应力耦合模型,给出考虑裂隙渗流情况下岩体块体系统的瞬时平衡方程,用于研究裂隙岩体变形对渗流的影响和渗流–应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征。利用该耦合模型,对一大型水利水电工程边坡稳定性进行分析。结果表明,水库蓄水后,地下水大幅度抬升,渗流–应力耦合作用加剧,导致边坡裂隙岩体中的关键部位发生大变形甚至破坏,进而触发边坡的进一步失稳。实例分析验证了这种方法用于边坡稳定性分析的有效性。     

锦屏一级水电站左岸坝肩复杂地质条件高陡边坡处理

 针对锦屏一级水电站坝岸边坡倾倒变形和拉裂破碎岩体,全坡面采用锚喷支护加框格梁网格结合深层锚索加固。针对由f42–9断层、SL44–1深部裂缝和煌斑岩脉X组成的、控制左岸边坡整体稳定的潜在大滑块,设置3层抗剪洞,并通过在坡面布置穿过断层的深层锚索进行加固处理。施工过程中建立“动态设计、科研跟踪、安全监测与反馈分析、信息化动态治理”的理念和机制,根据开挖揭示的地质条件和安全监测资料,结合施工情况,跟踪开展边坡稳定分析与安全监测实时分析,开展设计优化并严格控制施工程序,保证左岸坝肩边坡安全顺利下挖。     

500 m级超高边坡时效变形特征及长期稳定性研究

水电站坝前工程边坡的变形稳定问题是近年来水电工程界关注的热点话题。相关监测成果表明,自开挖期完成,工程边坡将先后经历开挖卸荷变形期、蓄水边坡变形调整期和长期变形收敛期3个阶段。本文以西部地区某巨型水电工程左岸500 m级超高坝前工程边坡为例,从边坡基本工程地质条件和边坡变形监测资料入手,在对各阶段边坡变形影响因素深入分析的基础上,通过工程岩体流变试验确定了边坡岩体的流变力学模型,采用人工神经网络监测反馈分析方法开展了边坡岩体流变变形的监测反馈分析,获得了边坡岩体的流变参数,并以此为基础开展了边坡长期变形趋势的预测研究,成果可为边坡长期稳定性安全评价提供依据。     

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。     

复杂岩质高边坡工程安全监测三维可视化分析

应用自主研发的岩石边坡工程安全监测三维可视化分析系统(SlopeMoni3D),以锦屏一级水电站左岸高边坡工程为例,建立安全监测分布式分析平台,对边坡安全监测系统与赋存地质条件进行虚拟现实可视化分析。以三维云图的可视化形式对安全监测获得的左岸边坡开挖区域浅表、深部变形发展趋势及锚索测力计锚固力在相同时段变化量的空间分布进行综合分析,完成边坡整体稳定性和变形趋势的分析评估。分析结果表明:(1)以虚拟现实可视化方式解析复杂岩质边坡工程区域地质条件,可直观表达各监测项目测点布置与地质结构的相互关系,便于监测成果与地质条件和施工信息的综合分析;(2)借助三维可视化分析平台所提供的监测数据管理和监测数据场三维云图绘制等功能,可直观比较相同监测时间段不同监测项目所获得监测物理量的三维云图分布,便于从地质、施工等方面综合分析边坡各区域的变形趋势和稳定状态。     

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。