锦屏一级左岸高地应力场岩体深部卸荷带的梯度项塑性算法分析

以梯度项塑性理论为基础，对锦屏一级左岸典型深卸荷带地质特征进行了分析。梯度项塑性理论是一新型非局部化理论，认为岩体内部局部卸荷软化参数不在局部范围确定，而是由积分点及其邻域所在影响范围确定，且在应力应变关系中引入了塑性应变的梯度项。锦屏一级左岸地区二维和三维分析结果均揭示了深部屈服现象与现场勘探出现的深部卸荷带裂缝位置具有空间分布上的一致性。数值计算中的梯度项塑性屈服，特别是在具备一定高地应力围压的条件下，即是岩体卸荷破裂，直至应力局部释放，最终趋于形成相对稳定的局部卸荷带。其计算结果较为可靠，分析结果与该地区出现的深部卸荷裂缝特征基本相符。     

左岸深部裂缝的地质特征及成因分析

锦屏一级水电站普斯罗沟坝址左岸发育的深部裂缝,由于其分布深度大,张开破裂形态多样,且超出过去工程经验认识范围。因此,自勘探揭示以来其成因问题一直受到高度重视。在对其空间分布规律、地质特征进行了充分揭示的基础上,对其成因从地震地质、河谷演化、构造学、数值模拟等多方面开展了多次专题研究。认为普斯罗沟坝址左岸深部裂缝是在特定的高边坡地形、地质构造、高地应力环境和岩性组合条件下,伴随河谷的快速下切过程,边坡高应力发生强烈释放、分异、重分布,在原有构造结构面基础上卸荷张裂形成一套边坡深卸荷裂隙体系。     

陡倾角卸荷裂隙对岩质边坡应力场的敏感性分析

本文将横观各向同性材料的本构模型和屈服准则应用于含成组断续裂隙岩体的非线性有限元计算,结合白鹤滩拱坝勘Ⅰ线左岸天然岩质边坡的应力稳定研究,就陡倾角卸荷裂隙的分布深度、连通率和法向变形模量对边坡应力场的影响进行了敏感性分析,在计算成果的基础上,对边坡在天然状态下的稳定性作了初步评价。     

锦屏一级水电站左岸深部裂缝岩体灌浆试验研究

锦屏一级水电站左岸坝窟及抗力体的一定范围内发育Ⅲ、Ⅳ级深部裂缝,为改善受Ⅲ、Ⅳ级深部裂缝影响的Ⅳ2级岩体力学性能以满足工程设计要求,对其进行了灌浆试验研究。通过对灌浆前后岩体变形模量、声波波速、透水率等参数的比较．表明灌浆处理后岩体的多项物理力学性能得到显著改善．可作为处理左岸大理岩中深部裂缝岩体的有效措施。     

锦屏一级水电站左岸边坡深部变形安全监测分析

锦屏一级水电站左岸边坡地质条件非常复杂,边坡稳定性问题十分突出,通过安全监测能得到该边坡在不同时间的真实状态并适合做长期稳定性评价.在分析了相关仪器的具体布置后,运用“水电工程高边坡安全监控分析系统”,对监测数据进行了提取分析和总结,得到了高边坡变形规律.结果表明,左岸边坡深部变形处于可控范围内,监测数据对后续的施工提供了及时、正确的反馈信息.其研究分析思路可供其他类似边坡安全监测工作参考和借鉴.     

强卸荷、倾倒拉裂破碎岩体条件下高边坡岩锚破坏性试验研究

在建的雅砻江锦屏一级水电站工程,其左岸人工开挖边坡高差达550余m,该边坡岩体卸荷强烈、倾倒拉裂变形严重,并伴随深部裂缝.为解决边坡局部滑块与整体稳定问题,设计上采用了布置数量众多、规模宏大的压力分散型预应力锚索作为进行边坡加固的主要手段之一.通过在边坡锚索破坏性试验,验证了该类型锚索结构的合理性、锚固单元体受力性能的适应性、施工工艺可操作性及锚索受力破坏特征,并结合监测与试验数据进行研究,以探讨锚索极限承载的各项性能指标.     

高坝建基面开挖卸荷松弛分析及启示

提出了高坝建基面开挖卸荷松弛的问题,归纳了开挖卸荷松弛的典型特征及其分带标准并初步分析了其机理。采用三维弹粘塑性有限元法对锦屏一级拱坝建基面开挖卸荷松弛进行了数值分析,得出了可能发生松弛的区域及松弛程度。对高坝建基面的合理选择及其施工方式提出了量化指标和建议。     

基于塑性体积应变的梯度塑性理论研究

首先介绍了2种基本类型的梯度塑性理论以及两者间的差别,然后在材料的屈服函数中考虑硬化参数的梯度项,引入了梯度塑性理论的一般本构关系。考虑到岩石材料的特殊性,以塑性体积应变为内变量,在Drucker-Prager屈服模型中引入该内变量的梯度项,建立了岩石的一种内变量梯度塑性模型;在经典塑性理论基础上推导了塑性体积应变的表达式,得出了分析岩石应变局部化的增量本构关系。最后在平面应变状态下分析单向受力时岩石应变局部化状态,推导出了应变局部化带宽度的表达式,并且得出了带宽随局部化带参数变化而变化的结论。     

锦屏二级水电站地下洞室开挖围岩卸荷效应分析及工程应用

根据工程地质条件,基于卸荷岩体理论对锦屏二级水电站地下洞室进行开挖数值模拟计算,以桩号厂右0+000.0剖面为主要研究对象,结合变形监测资料进行卸荷区的划分,分析围岩在开挖、卸荷、加固各工况下的塑性区演化过程。数值计算结果表明,监测点的监测位移与计算位移吻合情况较好。以主厂房第二步开挖全过程为例,可知开挖工况下围岩强卸荷区出现的塑性区在卸荷工况下进一步扩大,而在锚索加固完成后,塑性区基本消失。这说明强弱卸荷区的划分较为合理,建立的模型适当,设计锚固方案有效可行。     

高陡边坡深部卸荷张拉裂缝的成因机制探讨

在高地应力地区,一些特定的高陡边坡,其内部发育有大量的深部张拉裂缝,水平深度可达200 ~300 m,甚至更深,超出了工程经验中对卸荷改造规律的认识,合理解释这一特殊的工程地质现象成为工程地质学的新课题。通过对前人研究成果的分析和总结,从边坡岩体的赋存环境、岩体结构和地质构造等方面,对深部张拉裂缝的成因机制进行了进一步的探讨。从现阶段的研究结果看,这种深部卸荷张拉裂缝对边坡稳定性只是产生局部的影响,但这些深部裂缝在内动力作用或充水的条件下,裂缝可能会进一步扩大发展,对边坡的稳定性起到控制作用。     

高地应力条件下隧道TBM施工岩爆分析

高应力条件下,地下工程在脆性岩体中施工很容易导致岩爆的发生。以N-J水电站大埋深引水隧洞为研究对象,首先采用应力解除法进行现场地应力测试,发现引水隧洞的地应力以构造应力为主,最大主应力达到了107 MPa,较高的地应力水平是导致现场岩爆发生的主要原因。为进一步分析引水隧洞岩爆规律,将地应力场转换至隧道局部坐标,在考虑地应力场剪应力影响的情况下,采用能量判据,通过数值方法计算得到了岩爆的分布范围。     

基于BP神经网络的三维地应力场反演分析

在工程地应力测试和试验洞变形监测结果综合分析的基础上,建立地质概化模型,试验洞施工开挖模型、地应力场分布模型。在此基础上,采用正交设计方法和神经网络进行了岩体地应力场三维变形反演分析,获得了岩体地应力场沿深度的分布规律。比较监测与计算位移,两者在量值上相当,在变形趋势上也基本相同,而且实测与计算所得地应力值较吻合,表明所获得岩体地应力场是基本合理的。     

高地应力洞室围岩变形破坏规律研究

锦屏一级水电站右岸地下厂房地质条件复杂,地应力高,对围岩稳定造成较大不利影响。统计分析了厂区地下洞室群施工期的围岩变形破坏现象,归纳出高地应力条件下地应力方向、洞室轴线方向对围岩变形破坏的影响规律。研究表明,高应力条件下洞室群围岩破坏程度除了受最大主应力控制,还与洞室规模密切相关;而且高地应力引起的围岩破坏在时间上有滞后性,需研究实施支护的合适时机。上述结论为地下洞室后续合理施工及支护提供了理论依据,也可为高地应力区洞室轴线布置和围岩变形破坏预防提供参考。     

深切河谷初始地应力特点及其对地下工程的影响

在深切河谷地区修建地下工程,山体不同坡度时会对初始地应力有十分重要的影响。通过数值分析研究了当山坡坡角分别为30°、45°和60°时,在重力场和构造应力条件下山体中在垂直向和水平向典型剖面中初始地应力分布的特点。得出以下结论:1山体同一高程处,地应力的分布特点是先增大后减小的驼峰式。2地下洞室开挖距离坡脚越近,修建后洞室周边的塑性区越大,对于洞室围岩的稳定性越不利。3在研究河谷地区的地应力分布规律和状态时,仅考虑自重作用是不全面的,应该结合区域特性,考虑构造应力的影响。4由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用,河谷底部构造强烈,产生了大量的应力集中。     

糯扎渡水电站厂房区三维地应力场反演分析

在分析糯扎渡水电站地下厂房区工程地质资料及地应力实测资料的基础上,建立了三维地质概化模型。对现有地应力场反演方法进行优缺点与适用性分析,确定采用应力回归反演法。根据应力回归法原理,借助三维有限差分程序FLAC3D,对施加应力边界条件和位移边界条件模拟构造作用的效果做了对比,确定采用施加位移边界条件模拟构造作用。同时考虑到研究区域总体地应力水平较低的实际情况,通过试算确定了模拟各构造作用的位移边界值的大小。通过模拟计算,获得了影响地应力场形成的各因素(自重与构造作用)单独作用下的基本应力场并提取得到测点处的计算应力值,继而形成回归分析样本数据,由此建立实测应力与自重应力分量及各基本构造作用应力分量间的多元线性回归关系,得到最优回归系数。对比实测与反演所得应力,两者在数值上的差值在可接受的范围内,方向上则基本接近。反演所得地应力场的规律性与依据实测数据所做的推断基本一致,可用于后续调压井及相关区域洞室开挖稳定性分析。     

高海拔高地应力区深斜井扩挖技术

布仑口—公格尔水电站地处高海拔、高地应力区,其引水斜井是目前国内已建和在建中倾角最大的深斜井之一,工程施工难度大,存在很多不安全因素。斜井工程采用先开挖施工导井,然后进行扩挖施工的方案。通过技术研究,改进并使用了自下而上全断面钻孔爆破的斜井扩挖施工方法,保证了斜井的施工安全、质量、进度和经济性,引水斜井顺利贯通。     

高海拔高地应力区深斜井扩挖施工单价分析

布仑口-公格尔水电站地处高海拔、高地应力区,其引水斜井是目前国内已建和在建中倾角最大的深斜井之一,工程施工难度大.斜井工程采用先开挖施工导井,然后进行扩挖施工的方案.通过技术研究和改进,使用了自下而上全断面钻孔爆破斜井溜渣的斜井扩挖施工方法,保证了斜井扩挖的施工安全、质量、进度和经济性,引水斜井顺利贯通单价分析结果及工程实践表明:该斜井扩挖施工技术具有投资小、设备和技术简单、操作方便等优点.     

无限深透水坝基渗流场与应力场耦合分析

无限深透水坝基的渗流问题是建在此类地基上土石坝成败的关键问题。渗流场和应力场耦合计算更加符合渗流实际情况。该文基于土体孔隙率和渗透性的相互关系,借助有限元软件geostudio/seepage和Sigma/w双场耦合模型,研究符合耦合计算的操作步骤;利用模型对实际工程进行计算,得到了沉降量,孔隙率的变化,主应力、渗透量及渗透坡降等关键参数在耦合时的变化规律。计算结果说明了坝基孔隙率和渗透系数相互作用并趋于稳定的过程,符合实际观测情况。     

深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定性研究

在深埋隧洞开挖过程中,高地应力和结构面发育是控制洞室围岩稳定的关键问题。针对深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定问题,以新疆某深埋高地应力引水隧洞为工程依托,利用水压致裂法和三维水压致裂法对地应力进行现场监测与分析,采用离散元软件3DEC模拟围岩应力场、塑性区以及位移场的变化情况,研究了深埋高地应力下引水隧洞节理围岩的稳定性问题。结果表明:实测得最大主应力在12.4~12.9 MPa范围内,模拟得洞室附近出现0~2.1 m的塑性区,最大位移值为25.1 mm,最大压应力为13.2 MPa,最大拉应力为1.32 MPa,洞室的侧墙和拱底部位的塑性区、位移值较大且出现局部小范围拉应力。结合本文具体工况和实测地应力资料,通过强度理论的方法进行岩爆分析研究,由Russenes岩爆判别式得无岩爆发生,节理岩体处于稳定状态,但随节理裂隙发育,侧墙和拱底易出现破坏,建议采用2.5 m锚杆进行加固。模拟结果与实测结果较为一致,研究成果为工程施工提供参考。