大岗山水电站坝区辉绿岩脉压缩蠕变试验研究

压缩蠕变试验是了解坝区软弱岩体蠕变变形特性的重要手段,是建立岩体压缩蠕变本构模型的基础。详细介绍大岗山水电站坝区辉绿岩脉大型刚性承压板压缩蠕变试验过程、方法和试验成果,深入分析压缩蠕变变形随时间的变化规律;利用蠕变试验数据回归拟合得到坝区辉绿岩脉的压缩蠕变经验方程,为深入认识和了解大岗山水电站坝区辉绿岩脉的流变力学特性提供重要的试验和理论依据。     

岩体载荷蠕变试验方法研究

 由于试件尺寸效应以及试验边界条件与工程岩体工作状态的差异,室内流变试验结果难以准确反映工程岩体流变性质,一些重大水电工程实施了现场岩体蠕变试验,其中现场载荷蠕变试验采用较多,但该试验方法存在一些不完善之处,建议采用五参量广义Kelvin模型描述岩体蠕变特征,并采用一级加载方式进行试验,且荷载水平应与工程荷载相一致。推导岩体载荷蠕变试验五参量广义Kelvin蠕变公式,并验证恒载时间t = 0,t→∞时,蠕变公式与弹性变形公式的统一性。最后,给出工程试验实例,采用非线性最小二乘曲线拟合法反演蠕变模型及其参数。反演结果表明,五参量广义Kelvin模型蠕变公式与试验曲线的相关性较好,明显优于三参量广义Kelvin模型。     

插入式钢管承压板锚固承载能力试验研究

对插入式钢管的承压板锚固模式进行了有限元理论分析和试验分析,并根据有限元分析结果和试验分析结果,对日本标准中的相关设计公式进行了修正。     

低应力环境岩体软弱夹层的渗透特征

低地应力是指在一定边界条件下最小应力值低于自重场应力最小值的现象.通过近几年的研究发现,我国西部特殊构造部位有低地应力存在.低地应力区软弱层带十分发育,岩体呈现明显的各向异性和强透水性,断层泥在软弱层带中的含量少,且多不连续,起不到很好的阻水作用;而次生张裂带最容易产生渗透变形和渗透破坏.在低地应力环境条件下岩体中软弱夹层对水利水电工程的建设和运营起控制作用,所以一定要采取相应的措施加以处理.     

岩石单轴压缩试验活动承压板对变形测值影响的修正方法

阐述了室内岩石压力机活动承压板在岩石单轴压缩变形试验中对变形测值的影响,提出了以逐级压力P(kN)为横坐标,每级压力下的变形测值与上一级压力下变形测值的差值△Uh为纵坐标绘制压力P(kN)~△Uh(变形差值)的关系曲线图,根据曲线的趋势确定第一级压力下的变形值,从而对后面第二、三……级压力下的变形测值进行修正以此来降低活动承压板对变形测值的影响。     

循环加卸载对岩体残余强度影响的试验研究

 地下工程中,处于深部高地应力区的地下巷道、洞室、矿柱等的力学特性都与岩石破坏后的力学特性有密切联系,研究岩体残余强度及峰后力学特性对工程设计有着非常重要的意义。通过对处于残余强度状态岩样的循环加卸载试验,研究不同围压下(30,20,10,5和1 MPa)、不同卸荷量(90%,70%,30%)造成的岩样残余强度变化规律,其中卸荷量为卸除荷载与相应围压下岩样残余强度的百分比。试验结果表明：不同围压、卸荷量条件下,岩样残余强度与循环次数的变化规律均可用指数函数很好地进行拟合,受初始条件影响不大;围压较低时(≤20 MPa),同一围压下,卸荷量为70%时岩样残余强度的降低程度最大,其次是卸荷量为90%时;卸荷量为30%时,对残余强度造成的影响最小;当卸荷量相同时,围压越低,循环加卸载造成岩样残余强度降低程度越大,围压为1 MPa时,残余强度最大可降低73%;围压较高时(＞20 MPa),由于围压的约束和压密作用,循环加卸载不会造成岩样残余强度的降低。     

横观各向同性岩石弹塑性耦合变形的试验研究

 层理状岩石的变形具有各向异性和弹塑性耦合的特点。推导出各向异性岩石弹性变形参数是塑性应变和加载角度的函数。在此基础上,设计并完成具有明显层理状结构的泥质板岩的三轴循环加卸载试验。试验结果表明：泥质板岩的视弹性模量随塑性应变的增大呈指数规律衰减,视泊松比随塑性应变的增大而增大。提出2个经验函数来分别描述视弹性模量、视泊松比与岩样轴向塑性应变、加载角度间的关系,并获得经验函数中相关参数值,据此绘制视弹性模量随加载角度和塑性应变变化的三维空间曲面图。弹性变形参数的各向异性程度随塑性应变的增大而降低。     

锦屏二级水电站大理岩不同应力路径下加卸载试验研究

 针对锦屏二级水电站引水隧洞赋存于高地应力环境的特点,对隧洞内的大理岩开展常规三轴压缩试验及峰前、峰后卸围压试验,通过试验数据对比分析,研究大理岩的强度变形特征及破裂机制。主要研究成果：(1) 大理岩峰值强度与实时围压关系密切,应力路径不同、实时围压相同时,峰值强度相同。(2) 围压效应明显,峰值强度随初始围压增加而增加;相比三轴加载试验,峰前卸围压试验峰值强度降低约19.5%,峰后卸围压试验规律不明显,而峰后卸围压试验达到峰值强度时的围压值约占初始围压值的 97.2%,峰前卸围压试验结果较离散。(3) 相比三轴加载试验,峰前卸围压试验c值降低约27.5%, 值提高约22.6%,而与此相反,峰后卸围压试验c值增加约13.7%, 值降低约6.5%,表明大理岩抗破裂的主控因素峰前卸围压试验由摩擦力控制,峰后卸围压试验由黏聚力控制。(4) 峰后卸围压试验自卸荷点开始出现明显的应变平台,表现为理想塑性变形。(5) 峰前卸围压试验的体积应变自卸荷点开始出现明显的转折点。(6) 三轴压缩试验和峰后卸围压试验,大理岩的破坏模式主要为单一剪切破坏,随着围压增加,剪切破裂面端口的粗糙程度降低;峰前卸围压试验的破坏模式为：低围压时的劈裂破坏～中等围压时的“X”型共轭剪切破坏～高围压时的单一剪切破坏。这些研究结论揭示了锦屏大理岩加、卸载应力路径下的力学特性差异,可为西部深埋引水隧洞的开挖、支护设计及稳定性分析提供理论参考。     

岩溶坝区溶蚀岩体的渗透性变异研究

通过对溶蚀岩体渗透变异特性的研究,提出了一种确定渗透性变异的方法,即基于“3σ法则”的误差传播函数法。先根据“3σ法则”求得溶蚀岩体统计变量的端点,再利用误差传播函数法基于立方定律求得溶蚀岩体的渗透性变异。将裂隙岩体与孔隙溶洞区别考虑,补充和完善了克立格随机场理论和Vanmarcke 相关性理论对岩土参数变异的研究。基于现场灌浆平硐揭露的工程地质统计资料,对清江水布垭工程左岸帷幕线上部分段进行了渗透性变异的量化研究。研究结果表明,该方法简单适用,且在确定岩溶坝区渗透参数的统计量基础上,可进行随机渗流计算。     

大岗山花岗岩动态力学特性的试验研究

以大岗山花岗岩为例,分别进行静力三轴和动力三轴试验,分析花岗岩的抗压强度、弹性模量、泊松比以及相应的极限应变等重要参数与应变速率的关系。试验结果表明:不同围压下,随应变速率的增加,花岗岩的侧向破坏应变随应变速率的增加几乎保持不变,并且绝大部分统计结果值在0.002～0.004范围内;轴向破坏应变的增加幅度不明显;抗压强度增加,试验现象明显;弹性模量的提高幅度随围压的增加有减小的趋势;不同围压下花岗岩的泊松比与应变速率没有明确的关系。基于大岗山花岗岩静力三轴测试全过程应力–应变曲线和损伤力学分析,发现脆性岩石在不同围压下均以侧向损伤为主,通过回归拟合分析,建立大岗山花岗岩静力三轴压缩条件下的损伤演化方程。进一步根据损伤理论建立岩石动力损伤与静力损伤之间的关系,考虑动态强度与初始弹性模量的率相关性建立经验型的岩石动力损伤本构模型,可以作为研究地震荷载作用下岩体结构中应力波传播和衰减规律的基础。     

坝基岩体开挖卸荷与分带研究——以小湾水电站坝基岩体开挖为例

 小湾坝基开挖引起了一系列岩体卸荷变形破坏现象,包括岩体中已有结构面的回弹松动与剪切错动,以及完整岩体的岩爆拱裂、薄板状破裂等新生破裂。开挖中岩体的新生破裂面在空间分布上有如下特点：破裂面产状与开挖面具有较好的一致性;在深度分布上,开挖卸荷破裂面相对集中在开挖面之下4～6 m的深度以上。岩体的卸荷变形破坏导致了岩体完整性的显著降低,但卸荷松动过程的主体部分多在几个月内完结。无论是岩体开挖卸荷还是河流天然切割卸荷都是一个能量释放过程,并且卸荷变形破坏具有显著的空间分布规律,因此采用能量方法研究岩体的卸荷分带是合适的。给出了岩体卸荷分带的应变能方法,小湾水电站的实际应用表明该方法是可行的、有效的。     

构皮滩水电站高拱坝建基面卸荷岩体变形参数研究

 乌江构皮滩水电站高拱坝建基面开挖成型后,在建基面上进行大量的声波测试,通过不同高程、不同部位的声波测试,根据波速沿坡距综合关系曲线确定卸荷深度,并分析波速分布的规律及特征。在卸荷带内进行35点原位变形试验,其加载路径和最大压力与拱坝作用于岩体的条件相似。通过35点变形试点的动静对比试验,建立卸荷岩体变形参数与波速之间的关系,利用大范围的声波测试结果评价卸荷带岩体变形参数。结合开挖前后波速和变形参数的变化规律,分析研究该高拱坝建基面卸荷岩体变形参数的弱化程度。试验结果表明,建基面卸荷深度为6 m,卸荷带岩体平均波速降低7.0%,平均变形模量由29.1 GPa降低至16.2 GPa,平均降低43.6%。提出卸荷岩体的变形参数及取值方法。     

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。     

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。     

锦屏I级水电站坝基岩体块度指数量化取值分析

 依托于锦屏I级水电工程,以实测资料为基础,系统地运用参照对比方法、数理统计分析方法和相关关系推导方法,对岩体块度指数的量化取值进行分析研究,确立整体状、块状、次块状、镶嵌、碎裂结构岩体块度指数分级临界值。它们与以往的工程相比,既具有共同性,也存在一定的差异性。因此,锦屏岩体块度指数的量化取值研究成果丰富了该领域的研究内容。所利用的研究方法,对岩体结构其他指标的确定具有借鉴意义。     

巴昆水电站发电洞开挖松动区岩体弹性模量测试与研究

为评价马来西亚巴昆水电站发电洞开挖质量,确定支护方案,进行稳定性分析,利用钻孔声波法对洞室开挖松动区进行测试。提供围岩松动圈厚度和岩体动、静弹性模量值等参数,讨论利用岩体动、静弹性模量对比关系求取静弹性模量值的可行性,分析围岩松动圈分布规律,发现岩体松动区受爆破影响结果比较严重,岩体力学性状明显弱化,主要受岩性控制。     

不同TBM掘进速率下洞室围岩开挖扰动区研究

 在不同卸荷速率下三轴加卸载室内试验成果的基础上,以Hoek-Brown经验强度准则为依据,拟合出在不同卸荷速率下板岩的力学参数(黏聚力和内摩擦角)。在分析TBM掘进特点的基础上,提出能反映其特点的数值模拟方法,并在FLAC3D程序中引入加卸载准则,对不同掘进速率下隧洞围岩的开挖扰动效应进行数值模拟研究。结果显示：掘进速率越快,围岩开挖扰动效应越小,围岩越稳定;隧洞围岩在开挖后变形较为均匀;在隧洞的径向,位移和应力变化较为明显的呈现为3个区域,即强变化区、弱变化区和平稳区;最大主应力随着洞径方向逐渐由单向应力状态向二向应力状态和三向应力状态转变,第二偏应力不变量在隧洞轴向方向形成一闭合的应力集中区域,称为“应力墙”,该区域在TBM掘进过程中对刀头切割岩体达到破岩的效果极为有利;隧洞围岩开挖扰动区随TBM掘进速率变化较大,当掘进速率增加一倍后,其扰动区由1.1 m降低到0.4 m,减小了64%。