溪洛渡拱坝谷幅变形机制及变形反演和长期稳定性分析

溪洛渡拱坝在蓄水后出现持续的谷幅收缩变形,且目前谷幅变形仍未收敛,对拱坝局部附属结构稳定和整体稳定有较大的影响。通过分析溪洛渡拱坝坝址区的地质条件、蓄水后监测资料变化,阐释溪洛渡拱坝谷幅变形机制,其层间、层内错动带的渗透作用和倾角走向,在谷幅收缩变形中起到了控制作用。通过考虑孔隙水压力对应力球张量和屈服面的影响,提出考虑孔隙水压力影响的弹–黏弹–黏塑非线性蠕变模型,对溪洛渡初期蓄水后变形和稳定进行了非线性有限元分析。根据蓄水初期谷幅变形的监测资料,反演岩体蠕变力学参数,预测蓄水后及长期谷幅收缩变形趋势及对坝体的影响。经过反演分析,正常蓄水位下数值计算结果与监测值吻合良好,提出的模型能较好的反映谷幅变形过程。蓄水10 a后,边坡变形趋于收敛,但整体变形量值较大,且对左右拱端的挤压显著,需要引起关注。     

白鹤滩拱坝谷幅变形预测及不同计算方法变形机制研究

中国已建成的特高拱坝如溪洛渡、锦屏一级等,在初期蓄水过程中均表现出了谷幅收缩的异常现象。而拱坝是高次超静定结构,对坝基变形尤其是不均匀变形非常敏感。从有效应力改变和岩体材料泡水弱化这一谷幅变形机制和边界施加位移这一计算手段出发,利用弹塑性有限元方法,计算并预测白鹤滩拱坝在初期蓄水过程中可能产生的谷幅变形,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:两种方法的计算结果相差很大;从有效应力改变和岩体材料弱化角度出发,白鹤滩拱坝两岸山体可能产生的最大谷幅收缩不大于40mm,且该谷幅变形不会很大程度上降低拱坝的整体稳定性,只是使坝体产生了新的应力集中区。而拱坝对施加边界位移具有很强的超载能力,但谷幅收缩对坝体应力的影响极小。对比发现,坝基不均匀变形是影响拱坝应力的关键因素。     

渗流场作用的地基变形对高拱坝结构的影响

通过三维有限元方法进行了溪洛渡拱坝渗流场分析,并采用增量荷载法研究考虑了渗流场通过地基变形作用于高拱坝结构的影响。结合溪洛渡工程,研究了渗流场对高拱坝地基变形的影响,包括横河向和顺河向两方面。对比蓄水前后,采用增量荷载法,研究地基变形增量对高拱坝结构应力和变形的影响及大小。研究成果初步表明渗流场是影响溪洛渡拱坝监测资料反映的径向往上游变形的影响因素之一,后续将深入研究岩石与水力学作用,分析和掌握因水库蓄水而产生的各类荷载以及岩石力学性质的变化,最终明晰高拱坝结构变形机理和真实工作状态。     

基于承压含水层水力响应的溪洛渡水电工程区谷幅收缩变形预测研究

溪洛渡高拱坝位于一个向斜盆地内,区域水文地质的一个典型特征是盆地内下覆有一个完整延伸的阳新灰岩承压含水层。水库蓄水以来上下游库岸边坡发生了明显的谷幅收缩变形,主要是由于水库蓄水引起承压含水层孔隙水压力增加,从而引起灰岩地层因有效应力减小而产生膨胀,以及相对隔水层底板扬压力增加所引起的。基于承压含水层水力响应规律,建立了谷幅收缩变形反演及预测的解析模型,分别预测了在变形速率小于0.01,0.001mm/d两个收敛准则下的谷幅收缩变形收敛时间以及收敛值。所建立的反演预测模型能够较好地重现谷幅收缩变形历时曲线,反映出谷幅收缩变形与库水位变化具有高度的相关性。模型预测结果显示,溪洛渡水电工程的谷幅收缩变形已趋于收敛。     

高拱坝谷幅变形机制及非饱和裂隙岩体有效应力原理研究

蓄水期谷幅变形影响着高拱坝当前工作性态和长期安全状况,但拱坝设计方法中尚没有相关的评价标准。首先总结蓄水期高拱坝坝址谷幅变形规律和常规数值方法计算的难点。从裂隙水压力的作用规律出发,在弹塑性模型屈服函数中引入静水压力,并应用于锦屏一级拱坝蓄水期计算分析。计算结果与监测值符合良好,初步解释谷幅收缩等坝址区山体变形现象。探索蓄水初期裂隙岩体的细观变形机制,提出非饱和、非贯通裂隙岩体中的有效应力原理。结果表明,裂隙水压力改变岩体平衡状态,是蓄水后坝址区岩体产生塑性变形的主要驱动力。     

溪洛渡水库星光三组倾倒变形体在水库蓄水作用下发展演化机制分析

金沙江溪洛渡水电站于2013年5月开始下闸蓄水,2013年6月该水库某库岸边坡坡体上随即出现4条裂缝,至同年10月裂缝变形量显著增加,到目前为止,坡体主要裂缝由4条增加至9条,且有继续破坏的趋势,给当地居民生活带来不便并影响水库的正常运营。通过现场考察及资料分析,在分析该倾倒变形体边坡早期成因机制的基础上,提出其在水库蓄水作用下进一步发展演化的机制:受河谷下切及坡体特殊地质结构组合影响,坡体发生了不均匀的压缩–倾倒变形,形成一定规模的倾倒变形体,后期由于水库蓄水运行,坡体下部软弱岩体浸水软化,导致倾倒变形进一步加剧。该变形破坏模式在国内外都较为罕见,通过数值模拟的手段,对该倾倒变形体边坡的稳定性作出初步判断。     

高拱坝蓄水期谷幅时效变形机理分析

针对国内某高拱坝工程蓄水期间出现的谷幅收缩问题,分析了谷幅变形监测资料,获取了谷幅变形的时空分布规律。在此基础上,通过建立谷幅变形的统计回归模型,对各个监测点的谷幅变形过程进行了回归分析,分离出库盘水压变形分量、气温变形分量及时效变形分量。基于回归分析成果,采用有限元方法研究了库盘水压以及渗流场变化过程中所引起的渗流力作用、基岩温度变化、材性变化以及有效应力降低等因素对谷幅变形的影响。结果表明,渗流力和基岩温度变化会引起一定的谷幅收缩变形,但变形量值和变形规律与实际不符,并非拱坝谷幅变形的主要诱发因素。谷幅变形主要是由近坝区水文地质条件的改变所触发的岸坡蠕变变形,数值模拟的谷幅变形过程与实测结果吻合较好。     

锦屏一级水电站蓄水后库岸变形破坏规律研究

水电工程大多位于高山峡谷地区,工程兴建后形成水库,水库蓄水后,库水升降引起库周坡体内地下水位和地下水渗流场发生变化,改变了坡体原有的受力状态,引起应力重分布,易使库区原有滑坡体或稳定性较差库段坡体产生变形破坏。锦屏一级水电站水库蓄水后库岸出现了变形破坏,部分库岸失稳对工程安全构成威胁,也对当地居民生命财产安全造成较大威胁。通过对锦屏一级水电站水库蓄水后变形破坏库岸的大量现场调查,分析了锦屏一级水电站水库蓄水后库岸变形破坏特征,总结了库岸变形破坏规律,可为其他工程水库蓄水后库岸变形分析预测及稳定性评价提供一定参考。     

不同地下水位变化模式下淤泥质粘土变形特性与微观结构分析

为揭示地下水位变化对土体变形的影响,本文采用上海第(4)层淤泥质粘土,通过单向压缩试验研究了不同地下水位变化模式下淤泥质粘土的变形特性,并结合电镜扫描与压汞试验进行了微观结构分析。研究结果表明,上海第(4)层淤泥质粘土的变形与地下水位变化密切相关,当地下水位变化引起的荷载小于前期固结应力时以弹性变形为主,大于时以粘塑性为主,等于时则以粘弹塑性为主,同时各级荷载作用下试样孔隙比与加卸荷循环次数满足幂指数函数关系。微观结构分析显示,上海第(4)层淤泥质粘土试验前后均以大孔结构为主,受荷后其高孔隙架空结构逐步向离散型结构演化,颗粒定向分布趋于水平方向。相关结论可为地下水位变化诱发地面沉降的治理与控制提供理论依据与技术指导。     

水库影响区快速监测分析预警体系研究

西南水电开发逐步进入发电运行期,大型水电站蓄水后水库岸坡在库水位升降、降雨等因素影响下,大多会导致库岸再造、崩塌、岩体蠕变、古滑坡复活、基岩变形加剧等多种地质灾害的发生,给库区周边人民生命财产和工程运行安全形成潜在安全风险。基于溪洛渡水电站水库影响区GNSS监测成果,构建了水库影响区快速监测分析预警体系,并利用该体系对水库影响区安全稳定进行分析评价,以保证水库影响区的围岩稳定和运行安全。通过建立的评价体系流程应用于溪洛渡水库影响区的预警评价中,取得了不错的效果,可进行推广应用。     

汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究

通过对汤屯高速公路顺层边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于滑移弯曲–滑移拉裂复合型滑坡的初始阶段,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显,坡体中上部块体沿层间软弱夹层产生滑动,受下部岩体约束,在坡体最薄弱部位–开挖面附近产生弯曲变形;受弯曲部位推力作用,第一级边坡碎裂岩体中逐渐产生剪切滑动面,并与弯曲部位岩体中滑移切出面贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制碎裂岩体和潜在剪出口的变形上,监测结果表明,边坡达到稳定性要求。     

川主庙滑坡变形特征与稳定性评价研究

三峡水库蓄水后大量涉水老滑坡产生复活变形,其中川主庙滑坡是三峡库区典型滑坡之一。根据宏观地质调查及专业监测资料,分析了滑坡变形演化特征,得到了滑坡变形的影响因素及变形机制,砂泥岩互层的软弱地层为滑坡的复活变形提供了物质基础,良好的地形则为滑坡持续变形提供了微地貌条件,降雨与库水位作用则加剧了滑坡变形,通过理论分析与数值模拟计算可知,滑坡复活变形的最主要影响因素则是降雨,其次的作用,导致坡体稳定性下降从而产生变形,该滑坡目前处于基本稳定状态,若加大库水位下降速率,则处于不稳定状态,研究结果为滑坡防治以及水库调度提供了依据。     

基于改进破坏接近度的千将坪岸坡失稳机制分析

千将坪滑坡是三峡水库蓄水后库区发生的首个特大型岩质顺层滑坡。以往大量的研究认为,水库蓄水和降雨是诱发该滑坡发生的2个主要因素,但关于这2个诱发因素对岸坡失稳影响程度大小的问题仍存在2种不同的观点:(1)水库蓄水的影响大于降雨;(2)降雨的影响大于水库蓄水。为了弄清该问题,选取千将坪滑坡前缘缓倾角非连续结构面岩桥附近的岩块,开展库水浸泡对岩块强度和变形影响的三轴压缩试验;建立千将坪岸坡的有限元模型,基于流固耦合理论,采用ABAQUS软件分别对该岸坡在三峡水库蓄水、降雨及两者共同作用下岸坡的地下水渗流场和应力场进行计算;基于试验测得的岩块应力–应变关系,改进破坏接近度指标,并将其用于定量分析评价水库蓄水、降雨及两者共同作用对千将坪岸坡稳定性的影响程度。研究结果表明:受水库蓄水的影响,岩块经历库水浸泡后其弹性模量、抗剪强度会显著降低;潜在滑动面(指岸坡中后部的层间错动带及前缘的缓倾角非连续结构面)的危险程度在水库蓄水、降雨及两者共同作用的3种情况下依次增大,降雨对千将坪岸坡稳定性的影响大于水库蓄水,并且仅在水库蓄水和降雨共同作用下潜在滑动面才贯通。岸坡前缘缓倾角非连续结构面中岩桥在水库蓄水后,受库水浸泡影响强度逐渐降低,加之降雨增加了促滑段(中后部层间错动带)的下滑力,最终岩桥剪断,千将坪岸坡发生失稳。     

青菜坪滑坡在水库蓄水条件下的稳定性分析

研究了苗尾水电站大型滑坡体青菜坪(H7)滑坡在水库蓄水后的稳定性,定性分析得出蓄水前H7滑坡处于稳定状态,蓄水后滑坡的变形破坏以前缘塌滑为主,产生整体滑动的可能性较小。二维极限平衡、三维有限差分法及能量法分析表明,H7滑坡体蓄水前天然工况、暴雨工况以及蓄水后天然工况为基本稳定,蓄水后暴雨工况为欠稳定,坡脚产生应力集中,塑性区及滑动面主要位于滑坡体及风化岩体中,发生局部浅表层滑动,滑坡滑动范围较大,整体失稳的可能性小。     

弹塑性黄土微结构与动变形模型的建立与分析

从微观角度分析土的动力学性质,是本构模型探索的重要方向之一。根据架空孔隙是导致弹塑性黄土产生动残余变形动力因素的微观机制,结合气固表面和颗粒理论以及双曲线公式,采用动三轴试验参数、架空孔隙面积、围压等数据建立震陷模型,获得动应力作用下土的残余变形系数计算公式。通过主要黄土沉积区土样的残余变形系数计算值与试验值对比,两者吻合较好。研究结果表明,所获得的微孔隙一维动变形模型能较好地反映不同围压、含水量和干密度下,不同地区黄土微结构差异导致的残余变形强弱,能较普遍反映黄土的弹塑性变形特征。     

考虑转换层高度影响的框支剪力墙结构刚度比限值问题及其改进方法研究

为改善现行规范刚度比控制措施及转换层高度限值的不足,保障转换层下部结构弹塑性层间变形不明显高于上部结构,以实现"框支层不过早失效"的破坏机制,框支剪力墙结构设计时可继续沿用规范刚度比控制方法,取消控制效果不佳的转换层高度限值,代之以考虑转换层高度影响的刚度比限值。     

蓄水期边坡及地基变形对高拱坝的影响

在高拱坝施工期和运行期,蓄水引起的边坡和地基变形是值得关注的问题。蓄水对岩体产生许多影响,包括岩体参数弱化、有效应力降低和浮托力的作用。这些现象与滑坡、坝体稳定和水库诱发地震等工程问题相关,而目前对蓄水作用的力学机制的研究仍十分有限。将边坡极限分析中的强度折减法扩展为同时考虑刚度和强度折减的有限元方法,并用于分析岩体材料的弱化。将裂隙岩体的有效应力原理应用到Drucker-Prager准则。基于锦屏一级拱坝左岸边坡变位和谷幅收缩的监测数据,将上述2种方法应用于蓄水期边坡及地基变形影响分析。结果表明,坝体具有良好的承受边坡变形的能力,仅在局部有变形和应力改变。     

二古溪变形体致灾机理及公路重建方案研究

2013年10月5日至2013年11月13日四川省阿坝州狮子坪库区二古溪发生山体变形,损毁国道317线。通过对二古溪变形体进行遥感解译、现场调查、地质钻探工作,发现其致灾因素主要为地形地质条件、地震影响、降雨及水库蓄水。文章在研究山体变形成因机制基础上,判别二古溪变形体危险区域及长期稳定性,提出3种公路重建方案进行对比分析,科学制定公路重建方案,可供类似库区山体变形公路损毁重建参考。     

郴州市某高边坡过程稳定性及处治措施分析

通过对郴州市某路堑高边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩土结构及其成因机制、过程稳定性进行细致研究,在此基础上结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于蠕动滑移阶段,边坡的变形受层间软弱夹层控制作用明显,坡体中下部覆盖层沿层间软弱夹层产生滑动;受已发生滑动的覆盖层推力作用,第一级、第二级边坡岩土交界面逐渐产生剪切滑动面,逐渐贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制滑动体和坡脚的变形上。     

水库蓄水初期堆积层滑坡渗透变形响应机理研究

通过分析水库蓄水初期堆积层滑坡渗透变形常见问题,研究蓄水诱发滑坡变形机理,水环境下的滑坡稳定性,以这两方面的检测数据结果对这种蓄水初期的情况加以观测控制,再制定相关应急方案。