岩土工程研究的探索与实践

介绍了中国水利水电科学研究院岩土工程研究所50年来主要科研领域的发展变化，以及在科学研究和技术开发方面取得的主要成果，内容包括土力学及工程、岩石力学与工程、土工抗震、渗流控制、土工离心模型试验、爆破工程、燃煤电厂灰渣性质及其贮放技术等。同时提出了岩土工程研究所在今后一段时期内的重点科研方向。     

基于硬脆性岩体剥落性状的初始地应力场评估

处于高地应力环境的硬岩工程,由于开挖扰动导致围岩应力环境变化,进而发生脆性剥落破坏。线性工程沿洞线地应力场分布受到各种因素的影响,判别沿线地应力分布规律对于施工安全和衬砌支护设计具有重要意义。在介绍初始地应力分布统计规律的基础上,对地下洞室轴线与初始地应力场排布不同组合情况下,围岩二次应力场及偏应力分布规律进行了模拟研究。基于硬脆性岩石破坏准则,推导了考虑硬脆性围岩破坏宏观表征的洞轴平面初始应力场求解公式,对所推导的公式进行了工程验证,结果比较吻合。研究结果可为深埋硬岩隧道工程初始地应力场量值判别及工程支护设计提供一定的借鉴和参考。     

高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌研发与性能验证

针对高压水道中钢筋混凝土衬砌内水外渗以及钢板衬砌易于溃屈问题,研发了一种高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌,主要由内层钢筋混凝土-钢板-外层钢筋混凝土组成。为验证新型衬砌性能,进行了高内外水交替作用下模型试验,研究衬砌变形受力及荷载分担变化情况。结果表明：外水压力作用下衬砌处于受压状态,各部分荷载分担比较为固定,钢板部分所受压应力仅为1.47 MPa,远低于临界应力20.25 MPa,失稳溃屈的风险极小;内水压力作用下衬砌处于受拉状态,随着内水压力的增加,内层混凝土会先于外层混凝土开裂,未开裂前衬砌各部分荷载分担比基本固定;开裂后混凝土部分分担荷载降低、钢板与围岩所分担荷载增加,钢板所受拉应力为28.01 MPa,远低于其极限强度。相较于传统衬砌,新型衬砌结构在高压水道环境下具有更优越的性能。     

堰塞湖溃坝风险及其影响分析评估

堰塞湖作为一种自然灾害由来已久,但是由于堰塞湖问题十分复杂,现有国内外堰塞湖研究成果主要集中在历史资料的统计分析和经验判断层面,尚缺少堰塞湖溃坝风险预测方面理论分析和实际案例成功应用的分析报道,定量评价研究方面的系统性研究成果也不多见.本文在总结介绍唐家山堰塞湖溃坝风险及其影响的分析研究成果基础上,提出未来堰塞湖问题研究重点领域建议,期望能为今后国内外开展堰塞湖溃坝风险分析预测和问题研究等提供技术参考.     

预应力锚索边坡加固作用的离心机试验研究

预应力锚索具有主动支护与被动支护的特点。预应力锚索施加初期,锚索预应力能够提高岩体整体性和破坏强度,有利于限制下部边坡开挖对上部边坡岩体的松弛卸荷影响作用,体现出了主动支护的作用。但是在边坡长期运行过程中,由于边坡岩体受外部应力产生的变形导致预应力锚索后期张拉受力,进而约束岩体变形发展,则体现出了被动支护。本研究利用离心机模型试验,对边坡中安装的锚索进行了运行过程中的受力分析,揭示了锚固边坡在运行过程中的预应力锚索支护作用发挥机理。研究结果对今后的岩质边坡支护设计具有重要的指导作用。     

新型压缩摩擦组合分散型锚索锚固机制及效应研究

 预应力锚固技术广泛应用于水利水电、交通运输及地下采矿等工程领域。由于常规压力集中型锚索具有前端应力集中、剪应力分布不均匀等现象,研究、设计新型压缩摩擦组合分散型锚索。在介绍该技术要点的基础上,通过室内张拉试验以及数值仿真模拟试验,对该种锚固技术的锚固机制及效应进行系统地研究。结果表明,新型压缩摩擦组合分散型锚索内锚头应力集中量值较小,注浆体轴向压应力及剪应力叠加不明显,应力分布较为均匀,可有效克服现有压力集中型锚索所存在的缺陷,达到改善内锚头应力、提高锚固可靠性要求。在总张拉力确定的情况下,利用所设计的新型压缩摩擦组合分散型锚索技术可实现总张拉力要求,达到锚固岩体的目的。研究结果可为岩土体锚固系统设置提供一定的借鉴及参考。     

包含定位长大裂隙的节理岵体连通率的计算及应用

岩体中节理面的分布情况极为复杂,除了那些大量呈随机分布的结构面外,尚有一些数量相对较少,但规模较大,利用近代勘探手段可以准确定位的长大裂隙。这些长大裂隙,对岩体的强度和稳定性起着举足轻重的作用。针对工程的实际情况,在应用网络模拟进行连通率分析计算时,将这些长大裂隙与随机结构面网络耦合在一上结,使连通率计算成果更加合理。     

包含定位长大裂隙的节理岩体连通率的计算及应用

岩体中节理面的分布情况极为复杂,除了那些大量呈随机分布的结构面外,尚有一些数量相对较少,但规模较大,利用近代勘探手段可以准确定位的长大裂隙.这些长大裂隙,对岩体的强度和稳定性起着举足轻重的作用.针对工程的实际情况,在应用网络模拟进行连通率分析计算时,将这些长大裂隙与随机结构面网络耦合在一起,使连通率计算成果更加合理.     

向家坝水电站马延坡边坡滑坡预警研究

水电站大多修建在地质条件复杂的高山峡谷地区,各种高坝的兴建将不可避免地涉及工程高边坡的稳定性等工程地质问题。本文深入系统地对工程高边坡稳定性和边坡预警进行研究,分析工程高边坡稳定性、建立边坡预警模型和健康诊断体系。研究结果表明:(1)变形随时间增加而增大,随深度增加而减小。其变化规律表现为前期快速增加、中期缓慢增加和后期逐渐趋稳。(2)采用有限元强度折减法,进行了马延坡边坡稳定性分析,其治理前后稳定性系数为1.05和1.72。(3)采用施加边界位移方法,以等效塑性应变区域贯通作为判据,进行了边坡滑坡预警分析,建立了基于位移变形量和安全系数双重指标控制的边坡预警监控体系。     

隧洞衬砌外水压力的取值方法与应对措施研究

针对隧道衬砌外水压力折减系数选取、衬砌结构选型等问题,在阐述外水压力折减系数含义的基础上,通过对衬砌类型进行系统分类,对不同衬砌型式外水作用规律与外水压力折减系数进行了分析与讨论。其中,全封堵型衬砌折减系数为1,全排型衬砌折减系数为0,而排堵结合型衬砌折减系数则与整个衬砌系统的设计参数有关。同时,指出相应衬砌结构设计中存在的错误认识,并由此引申出隧道工程在外水压力应对处理方面应该关注的主要影响因素。研究成果可为应对外水压力问题的地下隧道衬砌设计提供参考。