库水位往复升降引起的软岩干湿循环损伤特性试验研究

鉴于水敏性较强的软岩岸坡在库水长期浸泡及水位往复升降引发的干湿循环作用下更易发生失稳现象,以云南省某水利工程为例,采用室内压缩、SEM试验及理论分析方法探讨了干湿循环效应下的软岩强度及损伤机制。结果表明,多次干湿循环后岩体微观结构完整性遭到严重破坏,结构疏松;岩体力学强度与循环次数呈凹二次函数下降关系;干湿循环造成了岩体内部损伤的逐步积累,衰减趋势显示初次循环时岩体劣化最为显著,且粘聚力相比于内摩擦角受到的影响更为严重;循环多次后岩体损伤变量值逐渐趋近极限,随着围压的逐步增大,岩样结构遭到破坏。     

干湿循环条件下两种砂岩强度及破坏特征比较试验研究

以侏罗系地层中的长英质细砂岩和弱蚀变泥质砂岩为例,分析了两种砂岩的不同矿物成分和细观 结构特征,探讨了干湿循环作用下两种砂岩强度及破坏形式变化情况。试验结果表明,由于两种砂岩矿 物成分的不同,长英质细砂岩遇水后,强度发生大幅度劣化,在之后的干湿循环过程中劣化趋于平稳, 破坏形式几乎由单一断面剪切滑移而破坏,多次干湿循环后,岩样的破坏形式无显著变化,但在断口处 出现粉化现象;弱蚀变泥质砂岩经多次干湿循环后,强度并未发生显著劣化,由于岩样的脆性较强,破 坏形式大多沿轴向存在相当多的劈裂面,但有一个贯穿整个岩样的剪切破坏面,断口处未出现粉化现象 。     

不同水-岩作用下岸坡岩石力学特性劣化试验研究

库水位升降会使不同高度、不同水位线下岸坡岩石的水赋存环境不同,受到的水-岩作用类型亦不同,为此开展了不同水-岩作用下岸坡岩石力学特性劣化试验。结果表明,岩样的抗压、抗拉强度均随试验周期的增加而减小,呈先快后慢的劣化趋势;随着水-岩作用周期的推进,岩样在抗压和抗拉试验中,剪切破坏特征愈发明显;岩样微观结构由致密逐渐向疏松多孔、多裂纹的结构过渡;不同水-岩作用下,岩样的力学特性和微细观结构劣化程度表现为热湿循环作用>干湿循环作用>长期浸泡作用。结果对基于水-岩作用分区的岸坡长期稳定性分析提供了新思路。     

饱水〖CD1〗干燥循环和长期饱水砂岩劈裂试验

地下水位的不断变化使岩体往往处于饱和〖CD1〗干燥交替状态,对岩体工程的长期稳定性不利。为分析饱和〖CD1〗干燥循环作用对岩体的抗拉强度影响规律,以砂岩为研究对象,开展了砂岩在饱水-干燥循环作用后处于干燥、饱和及长期浸泡饱和三种状态的巴西劈裂试验,分析了不同条件下的水-岩作用对岩石抗拉强度的影响规律。结果表明,砂岩抗拉强度的降低在饱和〖CD1〗干燥循环条件下比长期浸泡条件下更显著。     

不同岩石在压缩载荷作用下数值模拟研究

以花岗岩、砂岩、片麻岩和页岩等岩样作为研究对象,采用数值模拟方法建立70 mm的立方体岩样模型,在同一压缩载荷函数作用下,采用ANSYS软件对这4种岩样的应力云图和变形图进行研究,并进一步研究相对应的岩样抗压强度。结果表明:在同样的载荷作用下,花岗岩变形最小,对应的抗压强度最大;其次依次为片麻岩、页岩和砂岩。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

低孔隙率冻融砂岩物理力学与声发射特性试验研究

以低孔隙率砂岩为例,对冻融循环作用后低孔隙率砂岩进行纵波波速测量及单轴压缩加载试验,研究了冻融损伤对低孔隙率砂岩物理力学与声发射特性的影响,同时在加载过程中对声发射信息实施同步监测。结果表明,砂岩纵波波速随冻融损伤程度增加表现出下降趋势,10、20、30次冻融循环后,分别环比下降1.68%、8.53%、7.14%;随着冻融损伤累积,砂岩单轴加载过程中声发射活动水平减弱,岩样破坏过程由脆性渐渐转变为延性;声发射定位点数量变化可用于划分砂岩渐进破裂过程各阶段;结合特征应力归一化分析,发现冻融损伤在10～20次冻融循环期间快速积累,表现为归一化比值的快速下降。     

干湿循环及地震耦合作用下的库区红层泥岩边坡稳定性分析

针对库区蓄水诱发的低强度地震及库水位往复升降调节产生的干湿循环效应严重影响红层泥岩质岸坡稳定性问题,以某红层区库岸边坡工程为依托,通过室内试验和数值模拟方法研究了干湿循环条件下红层泥岩微观结构及强度劣化规律,并耦合地震作用模拟分析了边坡稳定性变化规律。结果表明,多次干湿循环后红层岩体微观结构疏松多孔,内部损伤逐步积累,力学参数显著降低。干湿循环对红层泥岩产生的劣化损伤作用为岸坡失稳提供了物理力学基础,地震动荷载则是岸坡进一步发生破坏的直接驱动力,在两者耦合作用中,库区红层泥岩岸坡更容易发生严重变形破坏。     

单裂隙分布对复合岩样力学性质和扩展破坏的影响

在富存复杂裂隙的层理岩体中，裂隙分布对其力学性质及损伤破坏具有显著影响。以由类砂岩和类大理岩组成的复合裂隙岩样为例，采用单轴压缩试验和DIC技术，分析裂隙位置和裂隙倾角对岩样力学性质和破坏的影响。结果表明，岩样的力学性质随裂隙位置依次从大理岩、交界面到砂岩的改变及裂隙倾角的增加呈增加趋势。裂隙位置对岩样破坏影响为当裂隙在大理岩中时，初始裂纹易为砂岩中的远场裂纹，表面剥落在砂岩和大理岩中均有发生，但砂岩处破坏更明显，易发生“H形破坏”;当裂隙在交界面和砂岩时，易为砂岩处裂尖产生的翼裂纹、反翼裂纹，剥落现象只发生在砂岩处，分别易发生“1γ形破坏”和“y形破坏”;同时，初始裂纹产生对应的应力应变水平σ、ε随裂隙位置由砂岩、交界面到大理岩的改变依次提高。裂隙倾角对岩样破坏影响为α=90°时裂尖不易起裂，α=45°时裂尖易起裂；在相同裂隙倾角下，裂隙位置相同时α=90°的σ、ε最大，α=0°、45°时最小；α=0°时均发生“H形破坏”,α=90°时均发生“y形破坏”。研究结果对实际工程建设和设计具有指导性意义。     

基于轴-径环状分层CT扫描的岩石冻融损伤分析

为研究岩石在冻融循环作用下的破坏损伤机理,结合CT扫描分析法,提出了一种基于轴-径环状分层精确CT扫描的岩石冻融损伤分析方法,将该方法运用于三峡库区砂岩的冻融循环损伤分析,并对各阶段损伤砂岩进行三轴加载试验。结果表明,同一冻融循环次数下,砂岩体积CT值由外向内不断增大,且越靠近外圈层体积CT值减幅越大;随着循环次数增加,损伤变化表现为由外向内的渐进式损伤破坏,在初始损伤阶段,损伤集中于砂岩外层,体积CT值、三轴峰值应力及破坏应变变幅较小;深层损伤阶段,砂岩外部外圈剥落,冻融损伤侵入内部,此时体积CT值、三轴峰值抗压强度及破坏应变变幅明显增大。该方法对岩石冻融损伤分析及冻融灾害防治具有重要的现实意义。     

早谷田危岩体发育特征及成因分析

早谷田危岩体位于金沙江乌东德水电站库区金台子峡谷河段出口左岸,上距库尾攀枝花市167.8km、下距坝址46.1km,因规模巨大(1.29×10~8 m~3)、成因机制复杂、大规模失稳影响严重而倍受关注。对此,简述了危岩体区基本地质条件,归纳了危岩体区岸坡结构特征与危岩体发育特征,深入分析危岩体成因机制,得出了特定岸坡结构、构造切割与临空条件是危岩体形成的重要基础,历史地震活动诱发、下游侧缘滑坡拉拽或牵动促使了危岩体现状的形成,水库蓄水运行将极大地改变危岩体现状环境、库水的浮托与软化作用将恶化危岩体稳定条件并促进其变形发展机理,为危岩体失稳模式分析、稳定性评价、对策研究等提供了依据,可为类似工程提供参考。     

砂岩蠕变力学特性及流变模型研究

水利枢纽工程中库岸高边坡流变现象显著,是工程长期稳定性的潜在隐患。以某大型水利枢纽工程近坝库岸高边坡石英砂岩为例,采用RLW-2000岩石三轴流变试验系统进行不同应力状态下的蠕变力学试验。结果表明,岩石瞬时应变、蠕应变随围压的增加而逐渐增大,初始、稳态和极限加速蠕变速率随围压的提升而递增;围压促进砂岩蠕变变形发展,高围压下的初始蠕变速率可能大于低围压下的极限加速蠕变速率;砂岩在围压5、10、15MPa下的长期强度分别为24.8、32.3、39.7MPa,长期强度随围压的增强而逐渐增大。结合试验成果,分析砂岩的流变性态为粘性-粘弹性-粘塑性,基于统一流变力学模型理论,确定H-H|N-N-N|S模型结构。由于传统元件模型难以辨识不同加速蠕变阶段曲线形态,引入SN和SP非线性元件改进传统模型,得到一个新的非线性蠕变力学模型,并将其拓展到三维情形。辨识蠕变试验数据,对比预测曲线和试验数据,证明了所建模型的可行性和合理性。研究成果可为水利枢纽工程的长期稳定性分析提供参考。     

澜沧江上游典型倾倒—滑动组合型滑坡特征及形成机理的数值模拟

鉴于目前倾倒-滑动组合型滑坡的变形特征及形成机理研究尚少,以云南省澜沧江上游两处典型的大型倾倒-滑动组合型滑坡(争岗滑坡、根达坎滑坡)为例,通过现场工程地质调查,分析了该类滑坡发生倾倒变形破坏的基本特征,并利用离散元模型对其形成机理进行数值模拟。结果表明,该类倾倒变形主要发育在临空条件较好、软硬岩体相间、较广范围硬岩、岩体倾角大于75°的边坡中;岩体依次经历弯曲、倾倒、折断、坠覆,从而形成倾倒体;硬岩内受剪切作用发育多条顺坡向软弱层带;折断面相继贯通,且超过其抗剪强度,坡体沿倾倒折断面及软弱层带发生滑动破坏,进而形成滑坡。     

三峡库区秭归县沙镇溪镇岩质顺层滑坡发育规律

研究岩质顺层滑坡发育规律对岸坡稳定有重要意义。以三峡库区秭归县沙镇溪镇为研究区,在野外调查和数理统计基础上,分析了岩质顺层滑坡的岸坡结构、空间分布和滑面形态。结果表明,该区主要发育缓倾顺层坡和中倾顺层坡;岩质顺层滑坡均发育在侏罗系软弱互层地层中,软弱夹层对滑坡稳定性起控制性作用;折线式滑坡地层倾角为30°~40°,一般发育在中倾顺层坡中,下滑力主要为滑坡中后部滑体重力,滑坡前部为阻滑段,主要受库水位上升影响。直线式滑坡地层倾角约20°,一般发育在缓倾顺层坡中,下滑力主要为滑体重力,抗滑力主要来自滑带抗剪强度,主要受降雨影响。研究成果可为岩质顺层岸坡滑坡稳定性评价和预警预报提供参考。     

某料场逆层岩质边坡开挖过程数值分析

为研究逆层岩质边坡在开挖过程中的各种响应与稳定性,建立某料场逆层边坡开挖有限元模型,分析该料场边坡在开挖施工过程中的位移、稳定安全系数和滑裂面变化趋势。计算结果表明,开挖对边坡上部岩体变形影响很小,对中部和下部岩体变形影响大;开挖过程中边坡稳定安全系数逐渐减小,开挖后边坡稳定性较好;随着开挖深度的增加,滑裂面上缘起点逐渐远离开挖面,而剪出口始终位于坡脚,以此确定了不同开挖深度的重点监测区域;可采用剪应变来描述料场开挖造成的岩体损伤,并将边坡损伤等级划分为3级。研究成果可为该料场后期施工过程中的稳定性监测和加固措施采用提供参考,也可为类似工程提供借鉴。     

不同层面倾角下锦屏一级水电站左岸板岩坡体破坏模式及能量特征

为了合理分析锦屏一级水电站左岸坡体的变形,选取坡体板岩进行巴西劈裂试验,分别研究了不同层面倾角下不同饱水率板岩的力学特性及能量特征。结果表明,板岩的抗拉强度随层面倾角的不断增加先减小后增加,其最大降幅达82%;同一层面倾角下,随着饱水程度的增加,板岩抗拉强度逐渐降低,在层面倾角为45°时,抗拉强度从1.64MPa降至0.52MPa,降幅达68%;试样层面倾角0°~90°的破坏受饱水率的影响较小,主要由层面倾角控制,破坏特征分为岩石拉伸型破坏、层面剪切破坏、基质-层面互剪型破坏、层面张拉破坏四种模式;试样破坏的累积能量随饱水程度的增加而不断减小,在相同饱水程度下,累积能量随层面倾角的增大而逐渐减小,累积能量的增长速率与荷载比成非线性关系,在轴向荷载达40%~80%时增长最快。     

黄金坪水电站溢洪道高边坡开挖爆破安全监测

高边坡爆破开挖会引起岩土体结构松弛、强度降低,进一步促进裂隙的产生和发展,对边坡的安全稳定有不利影响。针对溢洪道高边坡开挖施工工程地质条件差、施工作业环境复杂敏感的特点,采用现场爆破试验、爆破振动跟踪监测等技术手段,结合开挖边坡岩体地质力学条件及现场边坡开挖振动情况分析,确定爆破振动控制标准为2.0cm/s,并根据爆破振动衰减规律计算得到不同高程的开挖爆破最大允许单响药量,以指导边坡爆破施工,从而有效地控制了爆破振动破坏范围,确保了边坡开挖工程安全、快速、高效的进行。     

驷马山分洪道深切岭段膨胀土渠道滑坡特征分析

分析滑坡特性及其原因,可为滑坡治理提供参考。通过对驷马山分洪道深切岭段滑坡现场调查和资料归纳整理,系统分析了驷马山分洪道膨胀土渠道滑坡分布特征和产生的原因。认为滑坡具有浅层性、牵引性、长期性、反复性,滑动面为折线形,符合典型膨胀土滑坡特点;此外滑坡还具有左、右岸同时滑,背阳岸坡滑坡次数多于向阳岸坡,滑坡位置主要集中在边坡中下部,与降雨、渠道水位密切相关等特征。滑坡的主要原因是卸荷裂缝与胀缩裂缝连通形成的垂直向裂缝控制了边坡滑面的形态,认为胀缩裂缝不是边坡滑坡的主因;水的作用增大了边坡的下滑力,并使坡脚土体湿化崩解;坡顶堆弃土、干湿交替频繁、护坡防护措施失效等加剧了边坡失稳的可能。研究成果对长期运行过程中的渠道膨胀土滑坡治理有重要借鉴意义。