柱状节理玄武岩弹性波特性研究

金沙江白鹤滩水电站坝址区坝基范围内发育有大量柱状节理玄武岩,对其工程地质特性的研究对划分风化卸荷带、评价建基面岩体质量、确定合理开挖深度具有重要意义。通过对坝区所揭露柱状节理玄武岩的平硐弹性波和钻孔声波测试成果的统计、对比分析可知,各种玄武岩新鲜完整岩块波速有所差异,其中柱状节理玄武岩和隐晶质玄武岩的波速较高,杏仁状玄武岩和角砾熔岩波速较低;随着岩体风化、卸荷程度加剧,地震波和声波速度均呈降低的趋势,其中声波速度变化相对较小;坝基岩体的钻孔声波速度和平硐声波速度、地震波速度分布多呈近正态分布特征,峰值波速主要对应为微新岩体或弱风化下段岩体;平硐侧壁的松弛深度随着卸荷、风化程度的加剧,呈逐渐增大的趋势。     

拱坝建基面开挖过程中不平衡力变化及处理效果研究

300 m级高拱坝建基面开挖造成的岩体卸荷松弛对高拱坝的整体稳定性影响巨大。白鹤滩拱坝左岸建基面开挖至628 m高程时也出现了卸荷松弛、结构面错动等现象。基于变形加固理论,提出了使用不平衡力作为坝基岩体松弛卸荷的定量判据,阐释了不平衡力分析岩体开裂与坝基卸荷时效松弛的理论基础,通过试验和数值模拟的对比说明了不平衡力应用于卸荷松弛判据的准确性。使用三维非线性有限元程序TFINE,对白鹤滩拱坝原始地形和开挖过程进行精细模拟,分析了开挖过程中建基面基础(尤其是结构面)的卸荷松弛演变过程。分别对无基础处理、预留保护层和施加锚索情况下的开挖卸荷松弛进行了研究分析。模拟结果表明,在开挖到630 m高程时,在结构面交汇处和坡面出露段附近结构面的不平衡力与屈服区出现集中情况,这与观测到的建基面卸荷松弛以及结构面出现错动裂缝等现象符合;继续开挖过程中,LS331、LS3318不平衡力较大,相对比较危险。另外,坝体底部的陡坎开挖成型时,陡坎底部的不平衡力增加较明显,需减缓陡坎坡度。预留保护层和建基面锚固对控制松弛卸荷作用较小。     

坝基岩体开挖卸荷松弛效应工程特性研究坝

大岗山水电站位于大渡河中游,为混凝土双曲拱坝,坝高210m。由于河谷狭窄,谷坡高陡,地应力较高,坝基岩体开挖过程中产生了强烈的卸荷松弛。本文基于现场地质环境调查、声波检测,结合声波孔波速值和声波衰减率,分析了开挖卸荷松弛的典型特征及其松弛机理,归纳了卸荷松弛类型。通过分析岩体质量与检测成果在时间、空间上的关系得出了坝基岩体开挖卸荷松弛的时间、空间效应,并对坝基岩体开挖卸荷松弛时空效应与其建造、蚀变及构造的关系进行了地质分析研究。深入研究高拱坝建基岩体开挖松弛工程特性,可为高坝建基面的合理选择、松弛岩体工程处理提供科学依据。     

乌东德坝基岩体变形模量与波速相关性及应用

坝基岩体变形模量是拱坝设计最重要的参数之一,实际中由于受到资金、时间、尺寸效应等限制,承压板试验不可能大量开展,工程常采用岩体变形模量与波速之间的相关关系来估算坝基岩体变形模量以评价其工程地质特性是否满足建坝要求。在乌东德水电站坝基边坡开挖工程中,开展了钻孔变形模量和声波测试。乌东德坝基为典型层状岩体,左岸坝基及河床岩体测试孔方向与层面走向近平行,右岸坝基岩体测试方向与层面近垂直,分析表明坝基岩体中有明显充填特征层面对岩体变形模量值和声波值具有不对称影响。结合测试钻孔高清电视选择合理数据,建立了坝基岩体变形模量与单孔声波二者之间的相关关系。通过与坝基岩体的承压板试验成果对比验证,所建立的相关关系是符合实际地质条件的。将该方法应用于大坝坝基深部岩体变形参数估算及坝基表层松弛岩体灌浆处理效果评价工作中,证明是可行的有效方法。本文的研究成果为坝基岩体变形特征的评价提供科学依据,对高拱坝坝基工程勘测设计具有重要的理论和实践意义。     

长江小南海水利枢纽坝基弱风化岩体 工程力学性质研究及可利用探讨

 小南海水利枢纽为长江上第三座大I型水电工程,坝基为典型的红层软岩,岩体风化层次分明。坝基覆盖层及强弱风化带平均厚约18 m,其中弱风化带平均厚约6 m,若全部挖除,相当于总开挖深度的1/3,开挖工程量巨大。从坝区大范围岩体波速的分布、工程岩体质量分级、岩体变形特性及强度特性等方面对比研究弱风化岩体与微风化岩体的差别,探讨弱风化岩体作为建基面的可能性。本阶段的试验研究结果说明,弱风化与微风化岩体均为IV级,弱风化岩体的岩石力学参数与微风化岩体差别不大,具备作为建基面的工程力学条件。     

某水电站坝基岩体变形模量与波速相关性研究

坝基岩体开挖过程中，需要快速简便的测试方法测得岩体的变形模量和波速，以满足建基岩体验收的需要。在构皮滩水电站坝基开挖工程中，开展了钻孔变形和声波测试，得到建基岩体的变形模量值和声波波速值，建立了二者之间的相关关系．后者已全面应用于大坝建基岩体的验收工作，并证明是可行的有效方法。基岩固结灌浆后只需快速测得岩体的声波波速，就可根据钻孔变形模量与声波波速之间的相关关系，很方便地计算岩体变形模量，为坝基的快速验收提供依据。     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究 ,建立了岩体变形模量与波速之间的关系 ,用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系 ,实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系 ,同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法 ,提出了坝基岩体大面积宏观变形参数     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究，建立了岩体变形模量与波速之间的关系，用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系，实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系，同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法，提出了坝基岩体大面积宏观变形参数。     

三峡工程卸荷岩体声波测试及其参数研究

通过现场开挖边坡卸倚岩体不同距离的声波测试，研究了卸荷岩体的声波传播特性，并采用卸荷岩体力学的观点和方法，对声波测试结果进行了分析，得到了不同方向声波速度的变化规律，并发现其具有明显的正交异性特征，然后根据声波的传播特性，划分了边坡开挖后岩体不同的卸荷区域，确定了各卸荷区岩体宏观力学参数，最后与试验结果进行了比较，得到了比较一致的结论。     

小湾水电站坝基岩体弹模与地应力测试研究

为了评价小湾水电站坝基岩体开挖后的卸荷松弛效应、确定卸荷深度和研究卸荷岩体的应力分布特征，同时采用钻孔弹模法和水压致裂法在坝基开挖面进行了5个深度20—30m钻孔的岩体变形与地应力测试。测试结果表明开挖卸荷影响较明显，钻孔浅部（深度小于11m）弹模明显降低；坝基岩体表层20m以内的最大水平应力一般小于10MPa，显示了一定程度的应力集中现象。其次，根据卸荷带划分结果和工程地质条件进行了二维弹塑性有限元应力场模拟分析。分析结果和实测结果一致，表层开挖卸荷岩体中应力有所释放，河床以下20～50m范围存在明显应力集中。     

大岗山水电站坝区岩体的刚性承压板试验研究

 压板试验是承一种应用广泛的测定岩体变形参数的现场试验方法,根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在大岗山水电站坝区现场进行的直径达1 m的刚性承压板变形试验资料,详细介绍试验点岩体的加卸载变形关系曲线,根据推导的深部岩体压缩变形公式,计算出了坝址区左右岸试验点岩体的弹性模量、变形模量和等价变形模量等变形参数。通过回归分析,获得坝区试验点岩体的声波波速与变形模量的回归经验方程和高度显著的回归拟合曲线。现场承压板试验的计算分析结果表明：坝区左右岸辉绿岩脉地层的变形参数较小,岩体的压缩变形主要集中在辉绿岩脉软弱夹层上,右岸试验点岩体的变形参数总体小于左岸。这些试验分析结果为有效揭示坝区岩体力学参数的变化规律提供了重要依据。     

叶巴滩水电站拱坝坝肩深部卸荷带影响研究

针对叶巴滩拱坝左右坝肩内存在的深部卸荷带等不良地质缺陷,采用地质力学模型试验超载法,对叶巴滩2 750 m高程拱坝和坝肩的工作性态开展平面地质力学模型试验研究。通过试验获得拱坝、坝肩及深部卸荷带的变形特性和破坏形态,探明了深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态的影响,揭示了工程的薄弱部位。研究表明深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态有明显影响,其影响程度与强松弛IV_s类岩体所处位置及与拱端附近断层的组合作用有关。位于左坝肩强松弛IV_s类岩体对拱坝和坝肩的变位、拱推力的传递影响较大,位于右坝肩的断层f29(f74)对坝肩稳定有明显影响。对左右坝肩内的这些薄弱部位需采取相应的加固措施,以改善拱坝和坝肩的工作性态。     

光照水电站坝基岩体质量检测研究

 光照水电站大坝为目前国内在建的最高的碾压混凝土重力坝。坝基开挖后,为复核坝基岩体力学指标,分析前期勘测设计工作的合理性,并考虑在适当的条件下对200 m级大坝的建基面进行优化,受业主委托,中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院对建基面进行了全面、系统的地质检测及岩体质量研究。此过程中采用了地质雷达、孔间声波CT、钻孔彩色录像、钻孔变形模量测试及钻探、压水试验、现场试验和室内物理力学试验等综合手段,获得了丰富的坝基岩体力学参数资料。结合地质编录资料,地质人员对检测成果进行了详细的地质分析。根据检测结果,该电站坝基岩石坚硬、岩体完整、岩溶相对不发育、地下水不甚活跃,坝基岩体具有足够的抗压强度、完整性、均一性,具有足够的抗滑稳定性及比较均一的岩体变形参数。经设计复核,除沿F1断层带需经专门处理外,前期所推荐大坝建基面高程的岩体质量及相关力学参数指标能满足坝基变形及抗滑稳定要求。     

基于分层计算的层间剪切带原位变形试验研究

由于含层间剪切带复合岩体的非均匀性,传统的承压板变形试验只能得到复合岩体的综合模量,而无法准确得到层间剪切带的变形参数。介绍了黄河中游红色碎屑岩地区某大型水利枢纽工程坝址区层间剪切带的发育特征,选择典型勘探平硐进行刚性承压板中心孔法原位变形试验,在预留上部保护岩层条件下,通过在中心孔内设置不同深度的液压锚头,直接得到复合岩体、层间剪切带上下缘岩体的压力-变形关系曲线。利用推导的深部岩体压缩变形公式,分别计算其变形参数。根据分层计算原理,利用层间剪切带上缘岩体和下缘岩体变形差值计算得到层间剪切带的等价变形参数。研究结果表明,层间剪切带的变形参数低于上下缘岩体及复合岩体,其等价变形模量为0.72GPa,等价弹性模量为1.41GPa。     

布西水电站坝址边坡地应力场及岩体力学特性的试验研究

介绍了水压致裂法和钻孔弹性模量法在布西坝址边坡地应力场及该区域岩体力学性状研究中的综合应用,其中包括测试区域岩体水平主应力、弹性模量和变形模量的大小及其分布规律。研究结果表明:坝址右岸边坡的应力水平明显高于左岸,而浅部测试的模量值均较小,揭示了边坡表层及河床附近岩体的力学性质。最后根据测试结果分析了边坡卸荷机制,初步划定卸荷界限,为拱坝坝肩边坡的合理开挖提供了依据。     

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。     

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。