锦屏一级水电站左岸岩质边坡预警判据初探

以边坡岩土体蠕变理论为基础，结合锦屏一级水电站边坡安全监测情况，重点分析边坡变形时效特性，划分边坡变形以至于形成滑坡灾害的发展过程为4个阶段：1)变形启动阶段；2)均匀蠕滑阶段；3)变形快速发展阶段；4)破坏趋势阶段。根据室内岩石三轴压缩蠕变试验结果，得到的岩石进入加速流变阶段的流变速率极限值为：加速初期变形速率为1.0～2.5mm/d,加速后期2.5～5.0mm/d，破坏阶段为大于5.0mm/d。边坡岩体目前的内部和外观测点变形速率维持在0.05mm/d左右，有小幅波动，边坡处于均匀蠕滑阶段。结合岩石实验和具体监测情况，拟定了边坡变形速率阀值。在综合分析国内外引起滑坡的降雨强度临界值和坝址区的水文地质和工程地质条件的基础上，拟定降雨强度预警等级。根据边坡安全监测的具体情况，制定边坡进入加速变形-破坏阶段的综合预警判据，为锦屏一级水电站边坡施工期及运行期的安全预警提供有力依据，对其它类似工程边坡的预警工作有一定参考价值。     

牵引式滑坡降雨预警判据的模型试验研究

以河南省灵宝市麦尖窝滑坡作为试验对象,进行室内人工降雨模型试验,研究降雨作用下牵引式滑坡的变形破坏规律,并提出适用于研究区的降雨预警判据。采用含水率传感器、坡面示踪点和数码相机等仪器设备对关键部位含水率、坡面变形和裂缝发育情况进行监测、记录。试验表明在强降雨作用下,边坡表现为自下而上的渐进式牵引变形破坏。通过分析模型各关键部位的变形破坏特征和含水率监测数据,确定牵引式滑坡变形破坏过程中的关键时间节点,并将整个过程划分为变形启动、变形加速和整体破坏3个阶段。基于以上变形破坏模式,提出以滑坡坡脚、坡肩表面出现贯通裂缝时的持续累计雨量E₁(75 mm)、E₂(180 mm)分别作为麦尖窝滑坡的橙色、红色降雨预警判据。     

岩石边坡微震监测安全预警与应用

针对锦屏一级水电站左岸边坡突出的稳定性问题,结合微震监测技术,研究了边坡预警框架、微震预警功能、多元信息融合判据,构建边坡稳定性安全预警体系,提出锦屏一级水电站左岸边坡预警思路,建立基于微震监测的边坡稳定性局部预警方法、考虑微震损伤效应的边坡稳定性整体预警方法以及多元信息融合判据的综合预警方法,形成一套独具特色的岩石高边坡稳定性综合预警系统。在此基础上,对左岸坝肩边坡出现的实际工程问题进行成功预警。结果表明,提出的综合预警方法可以较好地预测岩石边坡变形失稳风险,为锦屏一级水电站边坡施工期及运行期的安全预警提供了依据,也为类似岩质边坡工程稳定性预测研究提供了一条新的思路。     

一种新的非线性粘弹塑性流变模型

根据岩石蠕变条件下裂纹扩展特性,在前人研究的基础上建立了一个能反映加速蠕变阶段的非线性粘弹塑性流变模型,该模型能描述蠕变变形的3个阶段,即初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。结合锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞板岩剪切流变试验结果,通过编写变尺度法(DFP)算法,辨识流变模型参数,结果表明作者提出的非线性粘弹塑性流变模型是正确的。     

考虑前缘桩锚支挡作用的滑坡变形预警指标研究

在考虑坡体前缘抗滑桩锚索对坡体下滑的阻挡作用的基础上,提出滑坡变形总量与变形速率预警指标。以四川岷江电化有限公司厂区西侧滑坡为例,利用强度折减法,通过FLAC数值模拟得到滑坡失稳破坏时的坡向位移,之后减去锚索所能承受的最大变形量,拟定滑坡坡表变形总量预警阈值,并且根据前人统计研究得到的一般性滑坡变形速率与滑坡实际监测资料分析,拟定滑坡坡表变形速率预警阈值。计算结果表明:监测点JC01坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警阈值分别为0.00 cm、38.84 cm、58.26 cm、77.68 cm;监测点JC02坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警阈值分别为0.00 cm、63.00 cm、94.51 cm、126.01 cm;监测点JC03坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警阈值分别为0.00 cm、46.84 cm、70.26 cm、93.68 cm;滑坡的坡表变形速率蓝色、黄色、橙色与红色预警阈值分别为0.00 mm/d、0.11 mm/d、1.61 mm/d、10.00 mm/d。研究结果为四川岷江电化有限公司厂区西侧滑坡预警阈值的拟定提供了相关参考与依据。     

锦屏一级水电站库区水文站滑坡体初期蓄水稳定性监测分析

滑坡体GNSS自动化监测具有巨大优势。通过锦屏一级水电站库区蓄水前、初期蓄水、运行期等不同阶段滑坡体的GNSS自动化监测资料,并结合现场巡视、稳定性计算对比及滑坡体工程地质条件,综合全面分析了锦屏一级水电站库区水文站滑坡体在不同阶段的变形特性。结果表明,滑坡体在未蓄水前处于稳定状态;蓄水后对滑坡的整体稳定性产生了一定影响,前缘滑体发生了小型次级滑动,坡体变形表现为浅表层土滑破坏,预计将以逐级方式产生滑塌,目前滑坡体基本处于稳定性状态。     

岩石高边坡施工期稳定性综合评价

边坡稳定性评价是边坡施工期的关键问题之一,单一的评价方法具有不充分性和不完善性。锦屏一级水电站左岸边坡地质条件复杂,边坡稳定性问题突出。分析了左岸边坡岩体变形破坏机理和失稳模式,计算了各种失稳模式的安全稳定系数,结合多种监测成果以及参考几个典型人工岩石边坡失稳及监测结果,对锦屏一级水电站左岸岩石高边坡稳定性进行了综合评价。研究结果表明左岸边坡目前基本处于稳定状态,边坡支护设计基本满足边坡稳定性要求。并提出了边坡安全监测建议。     

基于多变量时间序列局部异常系数的滑坡预警方法

针对蠕变型滑坡变形具有渐变性、阶段性和变异性等特征,应用数据挖掘技术提出基于多变量监测时间序列的滑坡预警方法。采用动态时间规划方法度量边坡变形多测点时间序列间的相似性,确定边坡的时空变形规律;考虑主要影响因素和边坡变形等多变量,利用多变量局部异常系数划分滑坡变形演化阶段;基于统计学方法拟定基于局部异常系数的滑坡预警阈值,提出基于多变量局部异常系数阈值的滑坡预警方法。卧龙寺和新滩滑坡验证算例结果表明,提出的方法对累计位移、变形速率和加速度均较敏感,比已有估算方法更具时效性,能防止因环境因素波动而造成的误判,具有更好稳健性。提出的方法应用于某渠坡滑坡预警,结果表明渠坡现阶段较为稳定。因此,提出的方法可为蠕变型滑坡预警提供参考。     

长河坝水电站放空洞进口边坡变形机制研究

长河坝水电站放空洞进口边坡开挖高度约162 m,在开挖坡高145 m左右时,约20 m高坡段出现变形,坡面出现纵横裂缝,裂缝最大宽度约1 cm,最大变形速率约为4 mm/d,变形较大,对下部施工存在较大安全隐患,对边坡稳定不利。通过对岩体结构特征、变形特征、破坏模式等综合分析,得出坡体变形机制为岩体卸荷拉裂-推移-蠕滑。根据破坏模式和变形机制对变形部位采取了针对性处理措施,实施后监测曲线趋于收敛,边坡处于稳定状态,表明边坡破坏模式和变形机制分析准确。     

西藏某水电站近坝库岸滑坡稳定性分析与评价

近坝库岸堆积体边坡的稳定性,对电站的安全运行及其上居民安全影响至关重要。以西藏某水电站近坝库岸滑坡堆积体为例,针对该滑坡堆积体蠕变、蠕滑进行了专门的勘察与监测,通过勘探、物探、试验及变形监测等资料,采用极限平衡法及有限元强度折减法进行稳定性分析,查明了堆积体的稳定边界条件,验证了滑坡堆积体的变形破坏形式与实际相吻合。结果表明:堆积体整体处于临界失稳状态,预测其破坏形式将以蠕滑塌岸的方式调整至稳定,不会产生大范围的高速滑坡,同时也不会堵塞水库。     

面板堆石坝长效服役状态下微幅变形监测及其分析

受堆石料自身流变特性及外部因素影响,混凝土面板堆石坝在服役后较长一段时间内仍有持续的微幅变形增长,微幅变形的不断累积可对面板等防渗结构产生不利影响。针对传统监测手段精度低、频次少、测量结果难以反映大坝真实的后期变形特征这一缺陷,尝试将静力水准系统与引张线系统应用到面板堆石坝表面沉降与水平位移监测中。利用上述系统,对泽雅水库大坝开展持续5年的坝体表面变形监测。分析监测数据发现:（1）上述监测系统的精度与稳定性可满足堆石坝长效服役状态下微幅变形的观测需求。（2）泽雅水库大坝在运行近20年后,堆石体的流变仍未停止,近5年最大平均变形速率可达4.33 mm/a（沉降）和3.50 mm/a（水平位移）。（3）各测点位移发展速率总体上逐年降低,变形趋于稳定。研究结果可为同类型工程监测设计及堆石料流变研究提供参考。     

木鱼包滑坡形变特征的InSAR监测分析

三峡库区地质条件复杂,问题库岸斜坡众多,滑坡灾害问题一直十分突出,需要对三峡库区的灾害隐患进行日常监测.然而常规的监测手段往往需要耗费大量的人力物力,监测效果也容易受到外界条件的限制.以三峡巴东县城长江沿岸为研究区,基于ALOS-2数据,使用PS InSAR(永久散射体干涉测量)处理技术对2016年8月—2017年10...     

堆石料蠕变试验方法研究

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性研究是土力学热点之一。蠕变试验的方法主要有三轴试验和单向压缩试验两种。三轴试验是研究堆石料常用的试验方法,其轴向变形主要是偏应力引起的剪切变形。而单向压缩试验,作为一种可以研究 K0 状态下堆石料的蠕变特性的试验方法,目前对此的研究较少。应用大型三轴仪(Ф300mm) 和大型叠环式固结渗透仪(Ф500 mm) ,选用双江口堆石料,分别进行了堆石料的蠕变试验,成果表明两种蠕变试验的剩余蠕变量与时间的关系都可以采用幂函数准确表达。三轴试验成果验证了九参数蠕变模型的通用性,根据单向压缩试验成果提出了简单的经验公式。最后对两种试验成果进行了比较分析,发现单向压缩蠕变可以视为应力水平为 0.4 时的三轴蠕变,其不能反映应力水平对堆石料蠕变特性的影响。因此,要对堆石料进行蠕变研究,宜采用三轴蠕变试验。     

砂岩分级加卸载蠕变特性试验研究

为了研究砂岩的蠕变力学特性,采用RLW-2000型流变试验机进行三轴分级加卸载蠕变试验。通过黏弹塑性应变分离的方法,得到砂岩在不同偏应力水平下的瞬时弹性、瞬时塑性、黏弹性和黏塑性应变,并对黏弹塑性应变及弹性模量的变化规律进行探讨。试验结果表明:岩石蠕变为黏弹塑性变形过程,加载过程中表现有瞬时变形、衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,卸载过程中表现出瞬时及滞后变形恢复现象;岩石初始蠕变速率与稳态蠕变速率比较可达2个数量级的差异,均随偏应力水平的提升而递增;岩石等时偏应力-应变关系表现出明显的非线性特征,曲线逐渐偏于应变轴,岩石蠕变变形同时具有线性和非线性特征。研究成果可为地下工程的长期稳定性研究提供一定参考。     

考虑非线性强度的无限长土坡渐进变形模拟

利用平面应变条件下均质无限长土坡坡土的应力分量,考虑坡土破坏的非线性特征,借鉴黏塑性理论过应力模型,通过拟定坡土滑移速度与黏塑性应变率之间的关系式,基于Cam-Clay模型推导出非线性Mohr-Coulomb破坏准则下坡土滑移速度和位移的显式表达式。针对2个边坡实例进行计算分析,结果表明:计算值与边坡实测数据和前人的研究成果吻合良好;非线性破坏准则的3个强度参数对无限长土坡的渐进变形有显著影响,随着非线性参数c₀减小、m增大、σ_t减小,边坡渐进变形逐渐增大,剪切层深度也不断增加。     

卵石土蠕变本构模型及其工程应用

卵石土是岩土工程建设中的常用材料,由于针对其流变力学特性的研究较少,导致无法评价该种材料的长期稳定性。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,针对卵石土开展了室内三轴蠕变试验,对卵石土蠕变的有关力学问题进行了探讨,分析了卵石土蠕变与时间、应力状态的关系,并提出了11参数卵石土蠕变的数学表达式及相应的参数指标。将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中,计算了某大桥锚碇下覆地基的长期沉降变形。结果表明,提出的本构模型可以很好地描述卵石土的流变特性。与锚碇沉降变形监测结果相比,蠕变加速变形阶段的沉降计算结果偏大,蠕变稳定阶段的沉降计算结果偏小。研究结果可为卵石土的长期变形计算提供相关参考。     

混凝土双轴弹模-徐变试件垫层效果试验分析

混凝土双轴受压弹模和徐变试验加载应力控制在相应龄期棱柱体强度的30%~40%,相比混凝土抗压强度试验,试件表面轻微不平整和倾斜以及钢承压板与试件承压面的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响更大。为减小混凝土试件承压面轻微不平整和倾斜以及钢压板与混凝土试件间的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响,提出适用于混凝土双轴弹模和徐变试验、能使混凝土试件在弹性变形阶段整体应力应变均匀性好的垫层。通过棱柱体混凝土试件单轴受压时不同材料和组合的垫层对应变偏差率、应变曲线及弹性特征影响的比较,筛选3种组合垫层进行双轴弹模验证试验。结果表明聚四氟乙烯薄膜(PTFE)夹土工布的组合垫层能在双轴受压弹模试验中有效降低试件竖向和横向应变偏差率,使混凝土试件应力分布均匀,2层1.0 mmPTFE夹1.2 mm土工布的组合垫层总体效果最好。     

应力-渗流-化学多场耦合作用下混凝土蠕变特性试验研究——以龙口港工程为例

为研究混凝土在海水侵蚀、荷载及水力渗透复杂条件下的蠕变特性,对不同浸泡时间条件下的港口混凝土进行三轴分级加载蠕变试验。试验结果表明:①海水侵蚀对港口混凝土强度具有明显的弱化效应,浸泡时间为0,30,60,120 d下混凝土的长期强度分别为12.8,11.5,10.6,10.2 MPa;②随着海水浸泡时间的增加,混凝土试件的初始渗透率逐渐增加,浸泡时间为0,30,60,120 d下混凝土初始渗透率分别为8.15×10^-17, 1.12×10^-16, 1.49×10^-16, 1.60×10^-16 m²,海水的腐蚀效果逐渐降低,初始渗透率与腐蚀时间之间呈负指数关系;③改进的西原模型非线性蠕变本构方程与试验数据拟合效果理想,决定系数分别达到0.98,0.96,0.95,0.92,能较好地反映港口混凝土在应力-渗流-化学多场耦合作用下蠕变变形的阶段性特征与时效特征。研究结果可为我国港口工程的长期运行提供指导性参考。     

高应力下西安含水层砂土蠕变特性的试验研究

针对西安市地面沉降研究,运用自行研制的高压固结仪,选取了西安市含水层具有代表性的中细砂样,模拟承压含水层的深部的应力环境和水位变化,进行了高应力状态下的一维蠕变试验研究。试验结果表明:西安中细砂的蠕变特征除了受有效应力大小影响外,还与砂土所受应力历史有关。在承压水位下降的情况下,西安中细砂的压缩变形具有显著的蠕变特征;而在承压水位上升情况下,中细砂发生膨胀过程蠕变不明显。根据试验前后激光粒度分析曲线和电镜扫描对比,砂土的蠕变除了和土颗粒间的滑移错动有关外,还和砂土颗粒的破裂有关。在总结试验规律和变形机理的基础上,提出了适合于西安市中细砂蠕变特性的广义Kelvin模型。模型识别得到的广义Kelvin模型的5个参数并不是常数,而是随着应力水平的不同呈现出一定的规律变化性。     

反倾层状岩体倾倒变形发育深度模型的计算分析

为分析反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏机理,通过对反倾层状岩体的物理力学解析及悬臂梁极限平衡分析模型的优化,开展反倾层状岩体变形发育深度计算研究。基于流变理论,采用广义开尔文流变模型,以变形发育极限位置处零应变作为发育深度的界定标准,获取了反倾层状倾倒变形体的发育深度。进而,将两种方法推导出来的计算式进行工程实例分析,并与前人的研究成果进行对比分析,探讨其工程实际应用价值。实例计算表明:优化下的悬臂梁模型比广义开尔文流变模型计算的发育深度更接近实际情况;反倾层状边坡倾倒变形破坏发展演化的四个阶段为初始弯曲变形阶段、累计弯曲变形阶段、板裂体折断破裂阶段、破坏阶段。研究成果对反倾层状岩质边坡整体稳定性判别及失稳规模预测具有一定理论意义和参考价值。