天然地基软弱下卧层顶面附加压力计算方法探讨

天然地基软弱下卧层承载力验算的关键,为下卧层顶面附加压力的计算。目前规范尚未明确1≤E_(S1)/E_(S2)3时软弱下卧层顶面的附加压力计算方法,本文分别采用附加应力系数法和地基压力扩散角法(含叶戈罗夫理论解法、高大钊建议方法及地方规范提供方法),同时考虑了压缩模量比和计算深度的变化,对各计算方法下卧层顶面附加压力计算结果进行了分析对比,并给出1≤E_(S1)/E_(S2)3时软弱下卧层顶面附加压力的计算方法建议。     

基于流固耦合的强震大型滑坡水力激发效应研究

2008年汶川Ms8.0级强震触发了体积近12×108 m3的大光包滑坡。该滑坡发生于古生代碳酸盐岩地层,滑带地质背景为斜坡内部深埋400 m、最大厚度达5 m的先期层间构造错动带。最新调查表明,该错动带是斜坡内部地下水通道,错动带岩体处于饱和状态。为揭示强震过程与地下水相关的大光包滑坡启动机制,提出了一种具有软弱层带的硬质碳酸盐岩边坡简化模型,将层间构造错动带概化为碳酸盐岩硬层内部软弱层带,采用FLAC3D程序中的流固耦合算法模拟了模型的响应特性。研究结果表明:强震过程中软弱层带上下碳酸盐岩硬层的变形响应时间、波型、大小出现明显差异,上硬层相对于下硬层产生了张离、压缩和剪切3种非协调变形模式,由此对软弱层带产生了振动冲压-张拉和振动剪切动力学行为,饱水软弱层带形成了具有瞬间放大和累积增涨特征的超孔隙水压力。这里将上下硬层差异性变形称为非协调变形,认为非协调变形是软弱层带应力放大成因,推测软弱层带应力瞬间放大以及放大应力长持时作用下的岩体致损是超孔隙水压力激发和累积的成因;强震过程软弱层带超孔隙水压力导致其内有效应力快速降低,使得斜坡前部锁固段应力快速集中,而后被突然剪断,滑坡骤然启动,揭示了强震过程中超孔隙水压力是大光包滑坡启动的主要原因。     

不同分布距离的软弱夹层对洞室稳定性的影响研究

软弱夹层等不良结构面对地下洞室的围岩稳定与支护结构安全起着决定性的作用,本文研究了顶部分布有软弱夹层隧洞的围岩稳定性与支护结构安全性,重点研究了夹层分布距离分别为0.2B,0.5B,1.0B（B为洞跨）3种情况,总结了夹层分布距离与洞周关键点位移、围岩应力、围岩塑性区的关系,分析了不同的分布距离下喷层的受力状况,并进一步探讨了常见围岩类型(II类、III类、IV类)中不同分布距离的软弱夹层对地下洞室围岩稳定性的影响,得出了不同分布距离软弱夹层对围岩变形、应力、支护结构受力影响的一些量化成果。研究成果可望对地下洞室选线（址）、支护系统优化以及施工有借鉴意义与指导作用。     

含预制节理岩体卸荷条件下力学特性试验研究

节理对卸荷条件下岩体的力学性质有重要影响。通过含2条不同间距预制断续节理岩体的三轴卸荷破坏试验,研究了节理岩体在卸荷应力条件下的应力-应变特征、强度、变形特征、破坏规律及节理间距对岩体力学性质的影响。研究表明：相比于完整岩体,节理岩体卸荷破坏时从峰值强度跌落至残余强度过程中轴向应变较大,为完整岩体的3～4倍,岩体破坏时极限强度明显低于完整岩体,脆性特征不如完整岩体明显;节理岩体卸荷破坏时,变形模量有较大幅度的降低,其降低程度是同条件下完整岩体的6～7倍,节理间距越大,变形模量降低程度越大;与含预制节理岩样三轴加载试验结果相比,节理岩体卸荷条件下破坏程度更为强烈,除剪切破裂面外,沿最大主应力方向分布的不同级别的张性裂隙非常发育,预制节理的间距对岩体破坏形态影响不大。     

地应力与岩体模量关系的理论及试验研究

岩体模量（弹性模量及变形模量）是工程岩体力学特性的基础参数之一,研究地应力状态与岩体模量之间的关系具有重要意义.基于静弹性热力学模型原理,结合弹性理论,推导了水平主应力与岩体性质参数的定量关系,并对地应力与岩体模量的关系进行了探讨.在此基础上,以赣龙铁路梅花山隧道为依托,开展了围岩应力及岩体模量参数的现场测试工作,并将实测成果与理论分析进行对比.结果表明：当埋深影响较小时,花岗岩中的水平主应力与岩体模量呈线性正相关关系;当埋深相差较大时,深度对地应力及岩体模量的影响均不可忽略,水平主应力与岩体模量一般呈非线性关系,需要进一步研究;对花岗岩中的岩体弹性模量和变形模量与水平主应力之间的相关性进行对比发现,岩体变形模量与水平主应力的相关性更好.研究成果可为工程岩体力学参数取值及评价提供借鉴.     

黔西南地区中-新生代构造变形特征及应力场模拟分析

黔西南地区位于扬子克拉通西南缘,是世界著名的卡林型金矿集中区,中-新生代受特提斯域构造域和滨太平洋域构造域叠加复合影响,区域构造变形过程不清,控矿机理不明.针对这些问题,本文对区内构造裂缝的几何形态、主要构造期次及应力状态进行了分析,并运用Abaqus有限元软件模拟了各构造期应力与应变分布.研究获得下列认识:(1)晚三叠世-早白垩世:受古特提斯构造域与早燕山运动的影响,最大主应力优势方向为NE-SW,应力强度西强东弱,形成NW向构造,先存的NE向断层多表现为走滑性质,为成矿构造的主要形成时期;(2)古新世:受晚燕山运动的影响,最大主应力优势方向为NNW-SSE,形成新的NE向构造,构造变形强度较大,对早期形成的金矿床有较强的改造作用;(3)始新世:受太平洋板块向亚洲大陆俯冲的影响,最大主应力优势方向为近东西向,应力强度东强西弱,该期构造对金矿床改造较弱;(4)基于上述研究预测,隐伏金矿床存在于青山变形区中部、兴仁-贞丰变形区北部及南部东侧.联合野外地质调查及Abaqus有限元模拟,开展复杂构造区构造演化与金属矿床形成关系研究,为卡林型金矿勘探提供依据,并为隐伏矿床预测提供新方法.     

基于Mindlin解的基坑分层卸荷附加应力计算及回弹变形的多因素影响分析

基于Mindlin应力解提出分层开挖条件下深大基坑底部土体卸荷附加应力计算方法,并在分层总和法计算回弹变形时考虑了基坑开挖过程中土体回弹模量与附加应力的非线性关系。计算结果表明:受分层卸荷作用深度的影响,大部分深度范围内分层开挖下土体卸荷附加应力小于一次性开挖,且在坑底以下3倍基坑深度范围内两者差值较为明显;基坑面积相同时,长条形基坑坑底卸荷附加应力小于正方形基坑;该方法结合当层法后可用于分析坑底加固对土体卸荷附加应力及回弹变形的影响,即随着加固体回弹模量或厚度增大,卸荷附加应力与回弹变形均减小,且回弹变形减小的幅度也相应递减。通过对杭州火车东站西广场项目的分析,验证了该方法的合理性,并基于参数分析提出了加固体回弹模量与厚度的等效设计方法,对实际工程具有指导意义。     

考虑软弱夹层厚度的岩体力学响应及破坏特征研究

作为一种典型的地质结构,软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构,进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴,对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏特征缺乏分析讨论。通过制作的含不同厚度的软弱夹层复合岩样,探讨了软弱夹层厚度对隧洞临空面围岩力学响应和破坏特征的影响。研究表明：软弱夹层厚度显著影响着复合岩样峰值应力和应变,随着厚度的增大,软弱夹层上方岩块向临空面方向的滑移变形逐渐增大,软弱夹层压缩变形逐渐减小;复合岩样靠近临空面的岩石单元破坏模式随着软弱夹层厚度的增大逐渐由拉剪混合破坏转变为张拉破坏,且宏观裂隙数量和破坏范围均逐渐减小,而远离临空面的岩石单元则由剪切破坏逐渐转变为基本无损伤断裂;不同厚度的隧洞侧帮复合围岩的破坏区域均集中在软弱夹层及其上方围岩处,软弱夹层下方围岩则基本保持稳定;在应力分布方面,软弱夹层厚度越大,最大压应力越向深部软弱夹层处转移,而拉应力区分布范围越小,但拉应力区深度越大。     

CFG桩复合地基褥垫层三维弹塑性分析

在CFG桩复合地基中, 褥垫层的设置厚度和模量对于复合地基的承载及变形特性有较大的影响。本文建立了CFG桩复合地基的三维弹塑性数值分析模型,研究了当采用不同厚度和模量的褥垫层时,复合地基沉降、桩端沉降、褥垫层压缩量和桩土应力等参数的变化规律。结果表明复合地基沉降和褥垫层压缩量随着垫层厚度的增加而增大,而随着垫层模量的增大而减小;垫层厚度和模量的变化对于桩端沉降的影响较小,从工程角度可认为桩端沉降不随垫层厚度与垫层模量的变化而变化;桩土应力比随垫层厚度的增大而减小,随垫层模量的增大而增大。本文建立的分析模型还可进一步对CFG桩复合地基的其他参数进行相应的分析计算,分析结果可以为复合地基的设计和施工提供相应的理论依据。     

模量对搅拌桩复合地基承载性能影响的数值研究

在现场试验的基础上,利用FLAC3D建立数值模拟模型,分别改变复合地基的褥垫层、持力层和桩体材料的模量,计算采用不同模量时复合地基的沉降以及桩土的应力,分析模量变化对复合地基承载力和沉降的影响规律。结果表明,褥垫层的材料和模量影响到桩间土承载力的发挥,褥垫层宜采用级配砂石,模量取值范围为20～50MPa。持力层模量增大可以提高复合地基承载力减小沉降,因此水泥土搅拌桩的桩端要进入到具有一定硬度的土层中,除软弱土外,其他土层做持力层其强度对复合地基承载力和沉降的影响不大。在一定范围内增大桩模量可以有效提高复合地基承载力减小沉降,采用水泥土搅拌桩加固软土地基时,桩的模量不要过大,建议取值范围为200～400MPa。     

巴东新城白土坡深层岩体软弱夹层地质特征

巴东组第三段中的软弱夹层是白土坡斜坡的主要结构面,巴东新城白土坡深层变形监测钻孔揭露白土坡斜坡巴东组第三段厚度在270m左右,主要贯通性软弱夹层有13层,为泥质灰岩碎块石夹土、黄褐色碎石土,中上部夹层分布较密,软弱夹层的空间分布由沉积环境所决定的岩性变化控制,典型夹层露头构造分析表明夹层由于构造作用发生过层间错动,夹层的存在有利于斜坡深层变形,三峡水库蓄水后水位的抬高将会影响到斜坡岩体的深层蠕变。     

湖北省巴东新城白土坡斜坡岩体稳定性分析

巴东组第三段是三峡库区滑坡发育的主要地层之一,巴东新城深部变形监测钻孔岩芯分析表明在巴东组第三段地层中发育有多层软弱夹层,以泥质灰岩、钙质泥岩为主,大部分破碎带具有顺层、连续等特点。白土坡斜坡岩体中主要贯通性夹层有13层,中上部夹层分布较密,西壤坡斜坡岩体中主要贯通性夹层有3层,与白土坡巴东组第三段下部夹层对应,巴东组第三段中的软弱夹层是斜坡深层岩体的主要结构面。白土坡深层岩体稳定性分析结果表明随着库水位的上升斜坡稳定性有下降趋势,但其整体稳定性较好,白土坡前缘断层为斜坡深层变形提供了边界条件。     

某水电站右岸软弱岩带对坝肩稳定影响的FLAC3D分析

某水电站右岸软弱岩带发育，坝基岩体质量较差。采用FLAC^3D分析表明，在大坝荷载或大坝＋库水荷载作用下，右坝基（肩）变形总量及其与左坝肩变形差异均较小，右坝肩变形随时步衰减较快。结合坝基地质条件分析，右岸软弱岩带不会导致坝肩变形失稳。     

Study on Optimal Grouting Timing for Controlling Uplift Deformation of a Super High Arch Dam

A grouting model is developed for use during the grouting of the complex foundation of a super high arch dam. The purpose as to determine the optimal grouting timing and appropriate grouting pressure involved in controlling the uplift deformation of the dam. The model determines the optimal grouting time as the height of the arch dam increases with the concrete pouring, by checking the tensile stresses in the dam against standard specifications. The appropriate grouting pressures are given on the basis of the actual grouting pressures monitored during the upstream riverbed foundation grouting. An engineering procedure, applying the model, was then proposed and used during foundation grouting under the toe block of the Xiluodu super high-arch dam in south-western China. The quality of the foundation grouting was evaluated against the results from pressurized water permeability tests, acoustic wave velocity tests, elastic modulus tests and panoramic photographing of the rockmass on completion of the foundation grouting. The results indicated that the proposed grouting model can be applied to effectively reduce the uplift deformation and associated cracking risk for super high arch dams, and it can be concluded that the proposed engineering grouting procedure is a valuable tool for improving foundation grouting under the toe blocks of a super high arch dam.     

小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析

针对小湾拱坝坝基开挖中出现的卸荷松弛问题,采用三维非线性有限元法对卸荷松弛效应进行了评价。通过松弛方案与未松弛方案计算,对小湾拱坝的应力和位移、屈服区分布以及坝基浅部关键截面的抗剪安全度、点安全度等方面进行了比较分析。研究结果表明,建基面地基松弛后,主要影响低高程局部区域的变形和应力,对拱坝整体变形和应力分布的影响很小;地基松弛后,拱冠梁建基面（953 m高程）坝踵处第一主应力有所增大,坝趾处第三主应力有所减小;拱冠处梁的作用减弱,拱冠梁处距坝踵20 m范围的点安全系数也略有降低;原设计方案在未松弛情况下基本可以满足《混凝土拱坝设计规范》关于建基面抗剪（断）安全系数的要求;坝基松弛后,抗剪（断）安全系数降低明显,与规范规定的要求相差较大,需采取适当的工程措施。该研究成果已为设计决策提供了依据。     

基于蓄水期反演的锦屏一级拱坝极限承载力分析

锦屏一级拱坝坝高为305 m,是世界上最高的拱坝。但是,其坝基岩性较差,f5、f8等断层在建基面出露,基础严重不对称等地质复杂性给锦屏一级拱坝的极限承载力分析评价带来很多不确定性。基于变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,采用直接法和正倒垂测点监测值反演蓄水期坝体混凝土弹性模量和基础变形模量,并验证反演参数在锦屏一级蓄水期预测和极限承载力分析中的适用性。使用反演参数,对坝体正常运行的应力、位移进行仿真分析;采用屈服区、不平衡力、塑性余能范数、整体稳定性安全系数等指标,基于工程类比法,全面评价锦屏一级拱坝的极限承载力。对比反演参数和设计参数的计算结果,验证了设计参数的可靠度。结果表明,锦屏一级拱坝起裂安全系数K1为2倍超载,极限承载安全系数K3为8倍超载,锦屏一级拱坝具有较高的极限承载力,整体稳定性是有保证的。     

单江拱坝右坝肩岩体变形稳定计算分析

用有限元计算了单江拱坝右坝肩岩体的变形,着重分析了断层F1对于坝肩岩体变形的影响。用极限分析方法,计算了断层、层面等结构面切割形成的块体的抗滑稳定安全系数。结果表明,在一定范围内断层F1对于坝肩岩体的变形具有很大的影响,块体不能满足规范规定的抗滑稳定要求,需要加固。并对加固方式提出了建议。     

顶部条形基础作用下加筋挡墙性能的试验研究

针对加筋挡墙顶部受条形基础载荷作用时的工作性能开展试验研究,分析条形基础距挡墙面板距离对基础极限承载力、加筋挡墙变形特点、筋材应变和破坏模式的影响。试验结果表明：基础极限承载力随基础偏移距离 增加呈现先增大后减小的趋势,且在 为 （ 为挡墙高度）时达到最大值;条形基础加载至破坏前一级载荷时,基础沉降与挡墙高度比值均小于2%,面板水平位移与挡墙高度比值均小于1%,且当 小于0.6时,面板顶部水平位移明显大于中底部;各层筋材中应变最大值随 增加而逐渐向远离面板方向发展,且筋材最大应变由最初出现在顶层而转向中间层;顶部受条形基础载荷作用下加筋挡墙破坏以3种模式为主,即顶层面板挤出的浅层破坏、破坏面沿基础边缘发展并向深部推进和加筋挡墙整体破坏。     

关于碳酸岩“相对隔水层”问题

“相对隔水层”这一术语在我国水文地质界已广泛使用。在碳酸盐岩层分布地区寻找微弱的岩溶化岩层作为相对隔水层,对大比例尺水电工程地质测绘是具有实际意义的。例如广西红水河流域,大面积分布着厚层石灰岩及白云岩,很少见到碎屑岩夹层;从而寻找相对隔水层对论证水库、坝址渗漏是有特殊意义的。但是,如何确定相对隔水层?这个问题尚未得到解决。     

Scientific Research on Weak Intercalated Layers of Bedding Rocks in the Past 30 Years

The research achievements about weak intercalated layers of bedding rocks are presented in this paper, which were made by the author and his colleagues in the past 30 years. A lot of work made are related to the stability analyses for slops of large-scale open-pit minings, and for bed rocks of key water conservancy projects. The emphasis of this paper is put on shearing testing method in-situ, and the research results of deformation and strength properties of weak intercalated layers.