小湾水电站坝基开挖岩体卸荷裂隙发育特征

 小湾水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的龙头水库和巨型电站,设计坝型为混凝土双曲拱坝,最大坝高292 m,是世界上在建的第二高拱坝。由于河谷狭窄,谷坡高陡,地应力值较高,在坝基开挖过程中产生了强烈的卸荷松弛,使得岩体性质劣化,带来了一系列工程问题。介绍小湾水电站坝址区的工程地质环境,分析坝基开挖卸荷裂隙的宏观特征,发现：(1) 当高程由大变小,坝基开挖卸荷裂隙的倾角由大逐渐变小;(2) 两岸卸荷裂隙倾向相反,相对产出;(3) 裂隙面发育与坝基开挖面近于平行,形成兜底缝。把卸荷裂隙分为继生型卸荷裂隙、扩展型卸荷裂隙以及新生型卸荷裂隙三类,分析其生成机制。在此基础上,通过监测资料和声波分析资料,确定坝基开挖卸荷裂隙的分布特征及分布范围。这对于岩体开挖卸荷问题的研究及岩体加固处理措施的选择均具有重要意义。     

裂隙岩体卸荷渗透规律试验研究

边坡开挖等岩体工程使得岩体形成卸荷作用,同时引起岩体中地下水性态的改变。水库蓄、放水使库岸边坡产生加载、卸荷效应,库岸边坡的稳定性受到影响。这都涉及到有关卸荷-渗流问题,因此研究裂隙岩体卸荷渗透规律具有重要意义。文章通过裂隙岩体的卸荷-渗流试验,探讨了裂隙岩体的渗透系数在卸荷过程中的变化规律,不仅揭示了裂隙岩体渗透系数与卸荷量的近似双曲线关系,还验证了裂隙岩体在加载、卸荷过程中渗透系数的迟滞现象。同时从理论上推导了裂隙岩体卸荷量与渗透系数之间的关系式,并对式中的试验系数进行了优化计算,其计算结果与试验结果吻合较好。     

考虑卸荷效应的岩质边坡断裂损伤模型及应用

 岩质边坡在开挖过程中会引起内部的缺陷不断劣化,以致在部分区域形成贯通,进而发展成宏观裂缝导致边坡失稳。将边坡的开挖过程等效为在开挖面施加等效荷载并逐渐减小至零的过程。在此等效开挖的过程中,坡面一定范围内的裂隙会处于拉剪应力状态,以连续介质力学为基础,结合损伤力学以及断裂力学,推导出裂隙在受拉剪应力状态下的损伤演化本构模型。利用宏观的体积模量反映岩体的损伤程度,并定义破坏度用以表征实际岩体内部的破坏情况,在FLAC3D中开发并实现裂隙岩体卸荷损伤模型的计算。以广西凤山石灰岩建材矿山为例,计算并分析考虑及不考虑卸荷损伤两种工况的位移值及塑性区,证明了该模型的正确性以及能更准确的反映坡体内部的真实情况。对比分析开挖卸荷后岩体的损伤度及破坏度后发现,以破坏度反应岩体的损伤情况,可以更加直观和准确地确定岩体的稳定程度。     

谈裂隙岩质边坡稳定性

通过建立岩质边坡裂隙场网络模型,讨论了大孤山岩质边坡在裂隙场中的稳定性,结果表明连通度越大,风化越严重,坡体越容易沿连通度高的区域的潜在滑动弱面失稳破坏。     

不同卸荷路径下贯通裂隙岩体流变试验研究

节理、裂隙作为高陡边坡常见的地质缺陷,对其长期变形和稳定造成重大危害。为研究节理、裂隙岩体卸荷流变力学特性,以贯通裂隙岩体为试验对象,进行不同卸荷路径下的流变试验。试验结果表明:贯通裂隙岩体轴向及侧向流变各向异性显著,侧向流变变形在节理、裂隙作用下随流变时间延长,围压卸荷量增大较轴向更为显著;在一次及分级卸荷流变对比试验中,相同条件下分级卸荷流变变形发展更充分,对岩体扰动更大,但试样破坏形态分析表明一次卸荷流变更易导致岩体破坏。根据试验成果,利用Burgers流变模型,分析卸荷流变参数,建立各参数在不同卸荷路径下的线性函数关系,并将函数关系代入Burgers流变模型,得到能综合反映不同卸荷路径影响的岩体流变模型。研究成果可为高陡边坡长期稳定理论研究及工程设计提供参考。     

裂隙岩体渗流场与卸荷应力场耦合作用

通过对目前裂隙岩体渗流与应力耦合现状研究资料的查阅分析，采用现场数据采集，整理分析与模拟试验三者相结合的研究方法，建立裂隙岩体渗流场一卸荷应力场的耦合作用模型，并通过现场数据与模拟试验对模型进行验证。     

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。     

卸荷应力状态下裂隙岩体的变形和强度特性

通过裂隙岩体模型的卸荷破坏试验，从应力－应变关系、变形及强度特性等方面，对裂隙岩体在卸荷条件下的变形破坏特性进行了分析。     

类土质边坡开挖的卸荷作用及卸荷带宽度的确定

分析了类土质边坡开挖过程中卸荷裂隙的产生机理,认为工程开挖改变了边坡岩土体的应力状态,使边坡岩土体受到一个指向坡外的侧向附加应力,从而导致了原有裂隙的张开和新裂隙的产生。进行了粉质粘土、粉土及粉砂质泥岩开挖卸荷的离心模型实验,实验结果表明,原有裂隙倾角越大、深度越大、离卸荷面的距离越近,卸荷过程中,裂隙的变形量越大,文中给出了上述因素与裂隙变形量的关系曲线;同时,裂隙变形量受结构面与卸荷方向夹角的影响较为明显,实验得出了岩体卸荷受拉破坏时的变形模量与该夹角的函数关系,分析了裂隙变形量受结构面与卸荷方向夹角的影响。提出了在实际工程中确定卸荷带宽度的方法,并以重庆长江库岸为例证明了该方法的可行性。     

深挖岩质边坡开挖扰动区与工程岩体力学性状研究

为探索边坡开挖扰动区的研究方法和相关的若干理论问题。以三峡船闸高边坡为工程背景。采用多种手段与方法。对高边坡开挖扰动区和工程岩体的力学特性进行了系统研究与分析。主要研究工作与特点表现在以下几个方面：(1)以三峡花岗岩的应力．应变全过程曲线试验和弹塑性分析理论为基础。通过边坡开挖的弹．脆．塑性数值仿真分析。深入研究拉应力区和塑性区分布范围和影响因素。形成开挖扰动区的弹脆塑性预估评价方法；采用多种试验手段对开挖扰动区进行大规模的综合测试。并结合监测结果。建立了开挖扰动区分区模型和划分原则。评价了开挖扰动区内岩体力学性状的弱化程度。由此形成了开挖扰动区的试验与监测研究方法。(2)以考虑卸荷效应的显式有限差分法、正交设计、神经元和遗传算法为手段。建立了系统综合的反演分析方法。对开挖扰动区岩体的力学特性进行了二维弹塑性反演分析；利用所获得的地质与试验资料进行了开挖扰动区工程岩体的分级。从工程分级的角度评价了开挖扰动区工程岩体的力学特性。根据试验、反演、岩体分级等方法的研究成果对工程岩体的力学特性进行综合评估。分析了开挖扰动区工程岩体力学性状弱化的主要原因。研究了轻微扰动区岩体力学参数的尺寸效应。(3)针对三峡永久船闸中隔墩岩体开裂现象。建立了典型的裂隙概化模式。采用裂隙界面单元法进行了裂隙张开变形分析。结合地质调查对塑性区的工程意义进行了研究。表明它反映了开挖完成后的开挖损伤与卸荷影响区。在该区内。原生裂隙将张开。甚至扩展。是工程设计中应当注意的区域。(4)在开挖扰动区监测与试验研究成果的基础上。建立了考虑开挖扰动区的三峡船闸高边坡三维数值模型。分析了边坡开挖过程中和开挖完成后岩体的变形、应力变化过程。对边坡的整体稳定性进行了评价。在现场张拉试验的基础上。采用三维显式有限差分法研究了预应力锚索的加固机理。提出了岩石锚固墙理论；并根据这一理论。应用二维显式有限差分法探讨了预应力锚索(杆)对三峡船闸高边坡开挖扰动区的加固效果。通过以上研究工作。基本形成了边坡开挖扰动区的研究方法。另外。由于此项研究伴随着三峡工程永久船闸的设计与施工而逐步开展的。因而研究成果在工程设计与施工中发挥了重要作用。回答了船闸边坡设计与施工中迫切需要回答的问题。已作为三峡工程的设计与施工的依据之一。在边坡的动态优化设计与施工中得到采纳与应用。     

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.     

岩体工程与岩体力学仿真分析--各向异性开挖卸荷岩体力学研究

概述了岩体工程与岩体力学研究现状,讨论了现理论研究成果与岩体工程实际监测资料不相吻合的问题.分析其主要原因,是现岩体力学研究理论模型与岩体工程实际力学模型不相吻合所致.故应严格根据岩体工程实际力学动态相应进行岩体力学仿真分析, 方可得到正确的分析成果.笔者曾提出\"卸荷岩体力学”的概念,以归纳开挖卸荷岩体力学研究内容, 已经高边坡和地下工程实例所验证,开挖卸荷岩体力学研究是岩体工程及其力学仿真分析的重要组成部分.     

一类含裂隙岩质边坡的滑动弱化逐步破坏机理

含裂隙的岩土材料在剪切作用下，随着剪应变的增加，裂纹端部一定区域内的强度会表现出滑动弱化的现象。岩土材料这种性质的变化不同于粘性土结构性破坏，也不同于剪胀。在一定的载荷作用下，坡体内裂隙端部的滑动弱化使坡体内的应力重新分配，从而使得应力集中加剧，裂隙尖端进一步扩展，造成岩体结构性的破坏，乃至整个滑面的贯通直至发生滑坡。因此，滑动弱化是一类含裂隙岩质边坡滑坡的机理。     

植被对裂隙边坡稳定性影响分析

目前关于植被固坡效果的定量研究较少,且未能耦合考虑裂隙的影响。本文在介绍植被护坡机理的基础上,以裂隙边坡为研究对象,指出了裂隙和降雨入渗对边坡稳定性的负面影响,阐述了植被根系对边坡裂隙的抑制作用。以一土质边坡作为算例,对裂隙影响下的最危险滑动面土体的强度参数进行折减,并用理正软件定量分析了植被对裂隙边坡稳定性的影响。研究结果显示:相比于无植被覆盖边坡,有植被边坡的稳定性安全系数提高了14%~15%。另外,对本文分析方法的不足之处及今后努力的方向进行了讨论。     

节理裂隙岩质边坡预应力锚索锚固监测与机理研究

根据预应力锚索在三峡工程节理裂隙岩石边坡中的安装和监测结果，给出了预应力锚索实际变形量与理论伸长量之间的关系，指出了预应力锚索锚固后锚固预应力的变化过程与特性，分析了预应力锚索锚固机理及影响锚固效果的因素。     

具反倾后缘结构面的岩质边坡稳定性分析

基于对后部岩体的力学平衡分析,提出了山岩压力的计算方法,对锦屏一级水电站引渠内侧边坡的稳定性进行了计算,并采用FLAC3D应力折减法对计算结果进行了验证,表明本文所提方法是可行的。     

卸荷条件下岩体裂隙扩展贯通及能量演化机制

采用颗粒流软件PFC模拟了单轴压缩、双轴压缩和卸围压条件下裂隙倾角和岩桥倾角分别对含单裂隙和双裂隙岩体的裂纹扩展贯通的影响,对比分析了不同应力路径下裂隙岩体破裂演化过程,总结了裂纹扩展贯通模式,揭示了裂纹扩展贯通的细观力学机制和裂隙岩体损伤破裂的能量机制。研究表明:卸围压条件下岩样张性破坏略弱于单轴压缩条件但远强于双轴压缩条件,而剪性破坏远强于单轴压缩条件但略弱于双轴压缩条件;裂隙尖端应力集中导致岩体开裂,随后张性翼裂纹受拉应力场驱使沿拉应力释放区与压应力区边界延伸扩展,剪切裂纹受压应力场驱使,其扩展路径处压应力释放;裂隙岩体发生卸荷破坏时,内部损伤和贯通裂隙的产生会导致耗散能的急剧增加。     

裂隙岩体渗流场与卸荷应力场耦合作用

通过对目前裂隙岩体渗流与应力耦合现状研究资料的查阅分析 ,采用现场数据采集 ,整理分析与模拟试验三者相结合的研究方法 ,建立裂隙岩体渗流场 -卸荷应力场的耦合作用模型 ,并通过现场数据与模拟试验对模型进行验证