岩石体力学中的系统工程：兼论新奥法在地下工程中的应用

1 前言岩石(体)工程(包括地下工程,下同)的应用领域十分广阔,它涉及矿山开采、交通工程、水利建设、水电站工程、城市发展、地下仓库、精密仪器工厂、加速器工程、国防建设和地质灾害防治等。随着国民经济和国防建设的发展,岩石(体)工程必将有十分远大的前景。我国岩石(体)工程已有如埋藏深、隧洞长、洞群多、边坡高、规模大、地质条件差等发展趋势。这一发展趋势,对岩石(体)工程提出了新任务,如:高应力区岩体稳定及岩爆问     

溪洛渡特高拱坝建设的岩石工程关键技术

 通过各设计阶段对溪洛渡特高拱坝岩石工程关键技术问题的不断深入研究,使得拱坝体型和结构设计很好地适应坝址地形地质条件;面对河床坝段基础地质条件的变化,通过建基面扩大开挖和上下游贴角设计,使得拱坝和基础相互协调,改善坝体和地基应力条件。三维地质力学模型试验和有限元分析表明,溪洛渡特高拱坝和基础具有良好的工作性态。监测成果表明,拱坝和基础实际工作性态符合规律。基于全寿命周期理论的溪洛渡“数字大坝”的建设与实践,为施工过程控制和决策提供了有力支持,进一步保证了拱坝在施工期和运行期各阶段的工作性态满足设计要求,保障了拱坝的安全可靠。     

水电岩质边坡的稳定性概率分级方法研究

 引入荷兰学者R. Hack等[1-3]提出的边坡稳定性概率分级(SSPC)方法,针对该方法在水电边坡稳定性评价中存在的两个局限性：一是仅适合于45 m以下边坡的稳定性评价和对完整岩石抗压强度的估计主观性和随意性较强,提出采用Hoek-Brown经验强度准则和边坡最大坡高经验公式,对SSPC方法中边坡岩体的抗剪强度和最大坡高进行修正。典型水电边坡实例的研究结果表明,SSPC修正方法对34个水电边坡稳定性评价的准确率为61.8%,对10个非构造性控制破坏的水电边坡稳定性评价的准确率达80%。SSPC修正方法对于水电岩质边坡的稳定性概率分级具有较好的适用性,可以为水电岩质边坡的稳定性快速评价提供一条新的途径。     

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。     

边坡地质工程问题研究

 博士学位论文摘要　在大量科研、生产、教学实践的基础上, 系统研究了边坡岩体变形破坏与演化、滑坡稳定性预测与决策、边坡变形体稳定性分析与改造、人工边坡的施工监测与控制以及边坡地质工程本身的学科理论与方法等主要边坡地质工程问题, 取得了系列重要研究成果。主要内容包括:(1) 详细阐述了边坡科学的研究现状和存在的问题;(2) 系统分析归纳了边坡地质工程的研究方法和主要研究内容;(3) 从边坡变形破坏与演化分析入手, 应用浅生时效构造理论, 系统研究了边坡岩体的变形破坏规律, 总结了边坡岩体变形破坏的主要阶段及类型:(4) 用有限单元法, 详细分析了不同剥蚀强度、河谷演化阶段、浅生改造作用对边坡岩体中应力应变场的作用规律及特点;(5) 在分析滑坡预测现状的基础上, 提出了数值模拟预测新方法, 并阐述了该方法的基本思路和原理;(6) 应用数值模拟预测方法, 详细研究了黄河李家峡水电站Ê 号滑坡在水库蓄水期间的变形破坏方式, 并提出用库水位调节控制滑坡破坏方式的措施, 得到了工程检验, 取得了明显的经济效益和社会效益;(7) 阐述了边坡改造工程的分析原理与方法, 应用该方法, 以韩城电厂边坡治理工程为例, 详细研究了边坡改造工程的分析与决策问题;(8) 提出了信息化控制的新概念。结合施工监测, 应用自行设计的土钉应变测试技术与装置, 成功完成了深基坑土钉墙工程的信息化施工;(9) 应用施工监测资料, 讨论了土钉结构对不同土层的适宜性以及土钉的设计、施工问题, 获得了一些有益的认识或结论;(10) 从认识论角度, 对边坡地质工程中存在的一些问题, 进行了哲学反思。     

岩质边坡微震活动特征及其施工响应分析

 岩石高边坡稳定性是水电工程建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸边坡地应力高,断层裂隙发育,岩体卸荷深度大,地质条件复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题十分突出。介绍左岸边坡微震活动特征,并对开挖卸荷过程微震活动性时空分布规律以及与不同时段、区域的施工工况进行对比分析,对岩石微破裂萌生、发育、扩展、聚集趋势与岩体损伤关系进行探讨,得到左岸边坡微震活动与施工响应之间的相互关系。结果表明：大坝基坑、煌斑岩脉置换斜井、1 670 m雾化区边坡排水廊道开挖和边坡弱层固结灌浆引起的深部岩体卸荷松弛而诱致微震活动性,可以很好地揭示和反映现场施工工况。研究成果可供其他类似岩质高边坡工程借鉴、参考。     

软弱地层超深竖井的设计与施工

主要介绍了南水北调中线一期穿黄工程,在黄河滩地软弱地层(地层为砂层)修建超深竖井(竖井深度50.5m)的工程实例.通过合理的设计,克服了地下水位高;地质条件复杂等因素的制约.文中详细阐述了修建超深竖井的施工技术与施工工艺.     

加固需求度评价在龙滩水电站左岸边坡加固 工程中的应用

 边坡加固效果的评价是边坡加固的关键环节之一,边坡加固效果的评价方法大致可分为两类：第一类是工程地质条件分析和岩石力学研究的定性或半稳定性方法,其不足在于在预测和评价准确度上很难得到保证;第二类是基于现场监测分析的定量评价方法,其缺点是在测点安装并作监测之后才有可能根据监测数据做出判断。加固需求度(DRD)是一种新提出的评价方法,由于可将基于工程地质条件岩石力学研究评价和基于现场监测的评价进行综合集成,发挥两类方法的长处并弥补各自的不足,具有独特优势。广西龙滩水电站左岸开挖形成的组合坡高达435 m,边坡的变形和稳定直接关系着工程建设的成败,以左岸A区边坡为例进行加固需求度评价的应用研究,结果表明其加固效果较好,与监测数据及现场调查的情况相符。     

崇阳水电站尾水渠边坡设计探讨

崇阳水电站尾水渠右侧边坡处的下覆岩层为安山玢岩,岩石坚硬,稳定性好。设计开挖面下部为岩石边坡,岩、土斜交方向以上为土质边坡。经综合对比分析,结合地形地质条件,该尾水渠边坡采用钢筋混凝土护板。本文结合崇阳水电站工程,对由地形地质引起的变坡形尾水渠边坡设计进行总结和探讨。     

组合式边坡支护技术在复杂场地下的应用

以云南某场地边坡设计为例,根据工程地质条件对该边坡进行稳定性分析,采用了组合式边坡支护技术对边坡进行加固。对于挖方边坡,高度8 m以下的采用仰斜式挡土墙方案,高度8 m以上的边坡采用锚杆（索）加固方案;对于填方边坡,高度5 m的以下边坡采用俯斜式挡土墙方案,高度大于5 m小于18 m的边坡采用加筋土挡墙,高度大于18 m的边坡采用桩板墙+加筋土挡墙。从而解决了复杂场地下的边坡稳定性问题,为类似边坡支护工程项目提供借鉴和参考。     

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。     

空间变异理论在堆积体边坡研究中的应用

在我国西部水电建设中,遇到很多复杂的堆积体边坡。由于其特殊的工程地质特性,很难用常规的方法对其力学特性进行准确的测定,这将影响边坡的稳定性评价,造成边坡治理非常困难。本文从堆积体的空间变异性出发,采用空间变异理论对堆积体边坡进行研究,并结合小湾水电站左岸饮水沟堆积体边坡的监测数据对其分析,结果显示采用空间变异理论对堆积体边坡进行研究的方法是可行的,并对边坡的变形进行了分析,找出了最主要的影响小湾水电站左岸饮水沟堆积体边坡的变形因子。这种研究方法对于堆积体边坡的研究具有借鉴意义,对于类似堆积体工程问题具有参考价值。     

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。     

边坡岩体稳定性的人工神经网络预测模型

在综合分析边坡岩体变形失稳破坏模式及其影响因素的基础上 ,提出了表征边坡岩体稳定性分析的复合指标。以大量水电边坡工程的稳定状况为学习训练样本及预测样本 ,讨论了基于人工神经网络技术的边坡岩体稳定性分析方法及其有效性。研究表明 ,用人工神经网络方法预测边坡岩体的稳定状况是可行的。     

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。     

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。     

成雅高速公路K51路段高陡岩质边坡绿色生态防护体系

高陡岩质边坡的绿色生态防护一直是边坡工程的难点,作者在成雅高速公路K51路段边坡防护工程中,在准确分析边坡工程地质环境的基础上,设计了一套适用于该高陡岩质边坡的绿色生态防护体系。该体系通过绿色植被与轻型工程措施的有机结合,实现了灾害防治与环境保护的和谐统一,获得了良好的生态效应。该高陡岩质边坡生态防护工程被四川省交通厅评为边坡防护的样板工程,经过近3年的营运,经济实用、安全可靠,成为绿色生态边坡的示范性工程。     

Safety monitoring and stability analysis of left abutment slope of Jinping Ⅰ hydropower station

Safety monitoring and stability analysis of high slopes are important for high dam construction in high mountainous regions or precipitous gorges. In this paper, deformation characteristics of toppling block at upper abutment, deforming tensile rip wedge in the middle part and deep fractures are comprehensively analyzed based on the geological conditions, construction methods and monitoring results of left abutment slope in Jinping I hydropower station. Safety analyses of surface and shallow-buried rock mas...     

改进的边坡岩体稳定性预测模型研究

由于边坡岩体的结构与物理力学性质表现出宏观和微观上的不连续性和高度的非线性等特点,其稳定性受地质因素和工程因素等的综合影响,这些因素大部分具有随机性、模糊性、可变性等不确定性特点,因此,边坡工程是不确定的、非线性的、动态开放性的复杂大系统,传统分析方法往往难以准确地描述这种复杂的非线性特征,因而对大型复杂边坡的稳定性进行准确预测预报尚存在一定的困难。提出了基于模拟退火交替迭代算法神经网络的边坡安全系数预测方法,在相同的初始条件下,用该方法和经典网络进行了比较,得出前者的优越性和有效性。在综合分析边坡岩体变形失稳破坏模式及其影响因素的基础上,采用了表征边坡岩体稳定性分析的复合指标为预测模型的影响因子。并利用该方法对收集到的水电工程边坡实例进行学习,对未学习过的边坡实例进行推广预测,取得了较好的效果,其预测精度明显优于经典算法BP神经网络。由此说明所提出的预测模型能够快速、准确地获取不同方案下的边坡安全系数,为选择经济合理的边坡设计方案提供了新的思路。     

峡谷地区水电工程高边坡的稳定性研究

结合锦屏一级水电站进水口高边坡的稳定性研究，进一步总结了高山峡谷地区水电高边坡的研究方法。在现场地质条件调查的基础卜对工程高边坡的破坏模式进行判断，以采取相应的计算分析方法。高山峡谷地区边坡稳定性受地貌的影响明显，因此稳定性分析模型必须真实反映研究区的地形地貌特征，建立精确的计算模型。计算分析中采用多种方法相互印证，相互补充。经过多种手段的计算研究，结果表明，锦屏一级水电站进水口边坡整体稳定，但在边坡上部的2（6）层中需采取一定的支护措施。由此不仅可以保证锦屏一级水电站的工程安全，且为高山峡谷地区类似的水电工程高边坡的稳定性研究提供了可借鉴的经验和方法。