一种高边坡岩体卸荷分带方法的探讨

岩体卸荷是水利水电工程建设中常见的工程地质问题之一。本文介绍了高边坡岩体卸荷的背景条件、作用机理、卸荷岩体特征以及常见的卸荷带划分方法。针对河谷斜坡岩体从表部到深部 ,岩体裂隙发育程度、张开程度逐渐降低的特征 ,以黄河上游某水电站高边坡印支期花岗岩体的现场调查资料为依托 ,应用岩体裂隙发育程度、张开程度量化指标对斜坡岩体卸荷进行分带 ,较好地将岩体卸荷分带与岩体结构、岩体工程特性紧密结合起来 ,为以后其它边坡岩体的工程实践提供了借鉴.     

三峡水库某库段岩体裂隙网络模拟研究

为合理评价三峡水库某库岸岩体结构特征及工程整治提供依据,对区内岩体进行了裂隙调查及网络模拟研究。研究基于Monte-Carlo模拟方法,在技术上进行了探讨和一定改进。如采用了聚类分析法确定裂隙优势产状、用直接法产生随机数、广义RQD t及裂隙线连通率的计算等。根据野外调查及计算机模拟研究,研究区发育有3组优势裂隙、平均迹长1.45 m左右。间距一般服从对数正态或负指数分布,而走向和迹长基本上不服从常规分布。裂隙线密度在3－6条/m、t = 0.1 m时RQD t值在90 %左右、t = 0.7 m时RQD t值为10 %－20 %、RQD t值变化可能影响库岸岩体在不同方向的稳定性。     

深部开采底板岩体卸荷损伤的强扰动危险性分析

为研究深部高应力岩体强烈的卸荷效应扰动底板破坏并诱发突水的危险性,根据卸荷力学理论,研究了深部开采卸荷对底板扰动破坏的影响,运用离散元软件计算了深部开采底板卸荷损伤的强扰动特征,基于三轴卸荷试验及损伤因子概念推导了卸荷量与损伤因子的关系,获得了底板岩体卸荷的扩展破坏条件,划分了底板卸荷扰动分区,分析了深部开采底板岩体卸荷损伤破坏的强扰动危险性。结果表明：随采深增加,底板卸荷起点及卸荷应力增加,卸荷量却降低,而深部开采较小的卸荷量便造成底板严重损伤破坏;岩体卸荷量越大,卸荷速率、位移量及渗透系数越高,越易致其扩展破坏;裂隙倾角及水平应力与垂直应力比值越小,越易满足底板岩体卸荷的扩展破坏条件。     

西南某水电站左坝肩岩体卸荷分带研究

西南某水电站坝区由蛾眉山玄武岩组成，岩体卸荷较发育。本文从卸荷形成及特征入手，利用卸荷裂隙条数、岩体纵波速度等代表性指标定量对左坝肩作出了强弱卸荷带的划分，为工程设计提供了参数依据。     

基于裂隙扩展的多级岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析

开挖卸荷作用下裂隙岩体边坡的破坏模式与路径分析是边坡工程灾害研究的热点之一,准确识别边坡的潜在破裂路径对工程安全施工和支护优化设计具有重要意义。依据断裂扩展分析方法,将裂隙扩展判别的理论方法开发并应用于数值模拟分析中,通过裂隙尖端应力强度因子计算、裂隙扩展模式识别、裂隙起裂角演算、裂隙扩展交汇等技术实现了岩体中断续裂隙的起裂、扩展与贯通演化过程的快速模拟;以某高速公路沿线裂隙岩体路堑边坡为对象,采用提出的模拟方法分析了多级开挖卸荷作用下坡体裂隙的扩展机制与边坡的破坏路径。结果表明：裂隙岩体边坡从上至下多级开挖过程中,坡肩裂隙首先起裂,并通过拉张型扩展逐渐发展为优势裂隙;随着边坡下挖,优势裂隙沿坡面向下逐步发生拉张/剪切混合型扩展并与既有裂隙交汇,在边坡中上部形成阶梯状扩展破坏路径;裂隙扩展至边坡下部及坡脚后扩展模式由拉张/剪切混合型转化为剪切型,并最终以弧形剪切面从坡脚出露。研究揭示了裂隙岩体边坡多级开挖卸荷作用下上部阶梯状拉张/剪切混合型破裂-下部弧形剪切型破裂的复合破坏模式,可为边坡工程支护设计和施工稳定性控制提供新思路。     

法向卸荷下贯通裂隙岩样压剪破坏特征研究

开展贯通裂隙岩样在法向卸荷下的压剪破坏研究,有助于更好地理解岩体裂隙在卸荷条件下的失稳特征。对单裂隙贯通岩样开展剪切应力峰前一系列法向卸荷破坏试验,分析了法向卸荷下试样裂隙的变形及能量演化规律。结果表明,法向卸荷下裂隙压剪失稳时的法向应力大于常规直剪试验的对应值,裂隙的抗剪能力减弱;剪切位移随法向应力减小而增大;卸荷变形比K随裂隙轮廓面积比Rs的增加而增大;卸荷过程中总变形能U0由减小转变为增加的现象可用于预测岩石裂隙卸荷失稳。研究结果对理解贯通裂隙岩体压剪卸荷失稳破坏具有一定参考意义。     

地下水封石油洞库深部岩体二维裂隙网络模拟

低渗透性的裂隙岩体是地下水封石油洞库建库的最佳选择.为研究深部岩体的稳定性及裂隙渗流特征,对深部洞库区进行了二维裂隙网络模拟.通过深部钻孔裂隙统计和地表裂隙测量统计相结合的方法,得出了洞库区剖面二维裂隙网络图和线密度图.分析了运用钻孔成像结果获得深部裂隙统计参数的优点,并对模拟结果做了进一步分析,结果显示,模拟区主要发...     

岩体卸荷与水电工程

根据20世纪70年代以来我国西南山区大型水电工程实践,讨论了水电工程建设中岩体卸荷的地质现象和工程地质问题。文中介绍了我国工程地质界对岩体卸荷现象的认识过程和工程应用实践,提出以卸荷裂隙力学机制类型作为卸荷带划分的参照依据,并以典型实例对岸坡中在正常卸荷带以里出现的深裂缝及深卸荷问题作了探讨,提出我国深裂缝和深卸荷的力学机制基本模式。结合实例,讨论了岩体卸荷在水电工程实践应用中的一些问题。     

锦屏一级水电站左岸浅表大理岩的卸荷微裂隙特征

在高山峡谷区,浅层岩体的表生改造相当发育。在锦屏一级水电站坝区陡峭的岸坡浅表大理岩岩体中采集定向标本,制作定向薄片,利用偏光显微镜统计和分析了微破碎带及带中微裂隙的方向分布情况。结果表明,（1）垂直于最小主应力σ₃的薄片中微破碎带在整体上未见明显定向性,垂直于最大主应力σ₁或中间主应力σ₂的薄片中微破碎带在整体上存在明显定向性,基本与岸坡平行;（2）微裂隙往往沿低指数晶面（包括解理面）发生,故晶内裂隙表现出直线式或台阶状样式,这符合最小能量原理;（3）卸荷应力场诱导控制微观卸荷裂隙的方向并使之具有强定向性。     

中国西部深切河谷谷底卸荷松弛带成因机理研究

中国西部深切河谷中大量钻孔等资料分析表明,西部深切河谷谷底浅表层普遍存在卸荷松弛现象。谷底卸荷松弛带一般厚10~20m,具有弱风化、裂隙发育、岩体强度较低、完整性差、透水性较高等特征。研究结果揭示谷底形成后岩体经历了谷底应力集中→谷底岩体变形破坏→表层岩体卸荷松弛→次生裂隙发育→长期水岩相互作用→形成现今谷底弱风化、弱卸荷带。室内物理模拟研究直观地再现了谷底岩体应力集中、变形破坏,形成卸荷松弛现象。     

交河故城崖体拉裂-倾倒破坏模式

交河故城崖体差异风蚀和次生卸荷裂隙发育部位破坏严重,研究二者对崖体破坏的影响以及在其影响下的破坏模 式,对加固崖体和保护交河故城具有重要意义,运用有限元软件ANSYS对崖体在差异风蚀和次生卸荷裂隙作用下进行数值模拟。为验证有限元软件模拟结果的可靠性,采用底面摩擦试验对崖体破坏演变过程进行模拟。ANSYS模拟结果表明,被裂隙切割土体最大位移为487.326 mm,崖体卸荷裂隙根部塑性应变最大,崖体拉裂-倾倒破坏。底面摩擦试验结果表明,经过2.7 h崖体顶部的裂隙张开度约20 mm,土体已经倾倒破坏。土体拉裂-倾倒破坏模式为：被卸荷裂隙切割的粉质黏土层底部临空,在重力作用下拉张卸荷裂隙的根部被切割,土体将发生倾斜变形,可能拉断卸荷裂隙的根部而使土体倾倒失稳。针对差异风蚀和次生卸荷裂隙对崖体破坏的影响,提出崖体加固方案。     

张开穿透型单裂隙岩体三轴卸荷蠕变特性试验

高应力条件下较多岩体工程在开挖卸荷过程中表现出显著的时效变形特征。为研究裂隙岩体在卸荷状态下的蠕变特征,以锦屏I级水电站大理岩为原样制备模型试样,开展了恒轴压分级卸围压三轴卸荷蠕变试验。试验结果表明：试件在破坏时对应应力差最小的是倾角为30°裂隙试样,其次为倾角为60°裂隙试样,倾角为90°裂隙试样最大。从破坏形式来看,完整试件与倾角为90°裂隙试件均呈整体剪切破坏模式,倾角为30°和60°裂隙试件均从裂纹尖端扩展至破坏。变形特征方面,均可采用Burgers模型对各裂隙试样不含加速蠕变阶段的蠕变曲线进行拟合,试样在不同裂隙类型和应力水平下的变形特点则通过参数数值加以区分。该结论与Lemaitre应变等效原理和Sidoroff能量等价原理中有关损伤材料和无损材料间相关关系的基本观点一致。基于此,提出了裂隙岩体损伤蠕变模型,该模型建立了完整岩石与裂隙岩体间的相关关系,对裂隙岩体时效变形特征的进一步研究具有较好的参考价值。     

矿山采动卸荷岩体力学参数劣化规律研究

矿山开采对采动影响区域内的围岩形成扰动,弱化岩体力学性质,其参数劣化规律是数值模拟与分析计算的主要问题之一。以铜坑矿92#矿体连续采矿顶板诱导崩落试验采场为对象,运用卸荷岩体力学理论,确立了开挖卸荷岩体力学参数计算模拟的计算流程。结合有限元数值模拟方法,建立了岩体卸荷等效模型,进行了6步连续卸荷的计算,得到了地下连续采矿顶板卸荷岩体力学参数的变化规律,并运用多项式实现了卸荷岩体力学参数与卸荷量变化值的函数拟合,获得了采动卸荷岩体力学参数的劣化规律。结果显示,卸荷第6步时,计算不收敛,表明此时顶板已经完全破坏而发生崩落;在卸荷过程中,岩体力学参数均呈逐渐弱化的趋势,其中内摩擦角、凝聚力和弹性模量随开挖卸荷的推进呈逐渐减小的趋势,最终的参数分别相当于初始值的55%、50%和50%,但泊松比呈逐渐增大的趋势,最终值相当于初始值的1.15倍。其结果说明了采动卸荷导致了岩体质量的劣化,卸荷岩体力学参数与卸荷量的函数为采动卸荷力学响应的动态分析提供了理论基础。     

考虑卸荷作用的裂隙岩体渗流应力耦合研究

大量试验证明,裂隙岩体在加载和卸荷的条件下其渗流与应力特性是不完全相同的。近年来,加载条件下的裂隙岩体渗流应力耦合研究得到了长足的发展,但卸荷作用下的水岩耦合分析还处于初始阶段。基于现有裂隙变形曲线的研究结果,建立了渗透系数与卸荷应力、应变间的本构关系,在此基础上,根据算例分析了各种工况下的渗流和应力特征,其计算结果表明,考虑卸荷后应力场的改变增加了临近坡面的岩体渗透系数,降低了地下水浸润线,增加了边坡的稳定性;考虑渗流后,边坡的位移场和应力场有较大改变,但考虑耦合后位移和应力分布和大小与不耦合时的相差不大;边坡开挖后应力场改变对渗流的影响远大于渗流对位移、应力等的影响。     

裂隙延展性统计分布离散性对岩体块体化程度REV的影响

表征单元体(REV) 的存在是应用连续介质力学方法对岩体进行研究的前提,REV可以从岩体块体化程度的角度进行研究,裂隙大小及其统计分布是影响岩体块体化程度REV的重要因素。本文利用课题组自主研发的GeneralBlock 软件,建立更一般化实际化的模型,研究裂隙延展性统计分布的离散程度对岩体块体化程度REV的影响。分析时选取了最常用的裂隙延展性统计分布形式:正态分布。由于所建立的岩体结构模型是随机的,需要对每个随机裂隙模型进行多次实现。为节省计算量,当研究范围比较小时,对每种结构的每个研究范围进行9次随机实现。当研究范围足够大,达到REV大小的时候进行100次随机实现。为确定离散程度对表征单元体的影响,本文针对5个不同标准差进行了模拟分析（共建立了1 005个裂隙模型,分别进行了块体识别并计算其块体化程度B）。结果表明,裂隙延展性服从正态分布的情况下,如果其平均值一定,岩体的块体化程度随着统计分布离散程度的增加略有上升,裂隙岩体的REV值基本上由裂隙延展性统计平均值决定。     

渗透系数作为岩体卸荷分带量化指标的研究

渗透系数在一定程度上可以反映岩体内部裂隙发育程度、节理开度及卸荷程度,因此常作为岩体卸荷带划分的定量指标之一。但由于卸荷岩体的非线性特征,以及卸荷带研究方法和工程背景条件等方面的差异,各家划分卸荷带时所采用的渗透系数界限标准各有不同。本文从工程实例出发,通过对定性划分的各卸荷分带内对应钻孔段渗透系数的统计分析,以其统计平均值作为岩体卸荷分带的界线标准。实际应用表明,渗透系数作为卸荷带划分依据具有一定的优势,按渗透系数划分的卸荷带深度与其他方法综合确定的卸荷带深度基本接近。     

两河口水电站右坝肩边坡的氡异常特征

通过对岩体的氡气测试,得到不同高程氡气脉冲值的硐深变化曲线,分析岩体卸荷强度和方式与其氡异常的相关性。岩体卸荷强度愈高,高氡异常值越高,异常深度范围越大,异常特征越明显。边坡集中卸荷拉裂部位、断层及错动带高氡异常,但边坡深部某些顺层断层或错动带异常特征不明显。结果显示卸荷强度和方式与氡气异常特征密切相关。     

天然地应力作用下不同产状岩体裂隙渗流特性研究

为了研究天然地应力作用下裂隙产状等因素对深部岩体裂隙渗流特性的影响,基于单裂隙面渗透性服从负指数变化规律,建立了三维应力作用下不同产状裂隙的渗透系数计算公式,利用Lagrange乘子法分析裂隙面产状变化对其渗透性的影响,并分析了岩体裂隙有、无充填物对其渗透性的影响及敏感性;然后,以我国大陆地区地应力统计规律为例,分析了地表以下5 000 m范围内在天然地应力作用下裂隙渗透性随深度、产状的变化规律。结果表明：裂隙产状的变化对其渗流特性有明显影响,对于浅层岩体,在大主应力大致呈水平方向分布时,随着裂隙面倾角的增加,裂隙渗透系数逐渐降低;但随着深度的增加,在裂隙深度超过约200 m和裂隙面走向与大或中主应力方向大致一致时,裂隙渗透性反而会随着裂隙面倾角的增加逐渐增加,在裂隙面走向与小主应力方向垂直时增加最为明显;对于深部岩体,裂隙的渗透性很小,裂隙面产状的变化对其渗透性影响很弱;对于有充填物裂隙,岩块与充填物的弹模比和充填物泊松比的变化对裂隙渗透性的影响很小。研究结果可为深入研究我国深部岩体渗透特性变化规律提供借鉴意义。     

考虑卸荷的加锚裂隙岩体力学参数研究

加锚岩体的力学参数确定一直是岩土工程中的一个重要和困难的问题,在考虑卸荷的情况下,对边坡岩体的分离块体经系统锚杆加固后的抗压强度、泊松比、弹性模量及c,?值的变化规律进行了数值模拟计算和分析,并考虑了不同的加卸载路径、锚固角和岩体强度对加固效果的影响,计算结果表明,在分析卸荷岩体边坡加固时,必须考虑裂隙岩体卸荷历史的影响。最后用试验结果验证了等效数值计算方法的正确性。     

黑河导流洞进出口边坡处理

简要叙述了黑河导流洞进口顺层岩面的锚固及出口高边坡卸荷裂隙的处理。针对进出口两种不同情况采用了两种完全不同的锚固方法