小湾水电站坝址区低高程岸坡表生改造特征及机制研究

摘要:小湾水电站坝基、水垫塘边坡及低高程排水洞系统广泛地揭示了低高程岸坡的地质特征。基于现场调查和二维弹塑性有限元分析,深化认识了低高程岸坡表生改造特征:（1）它是在建造和构造改造的基础上进行的:原构造缓倾角节理扩展、错动;陡倾角节理扩展、产状改变以及错动;新生了大量中缓倾角裂隙;表生改造程度向坡内减弱。（2）建立了低高程岸坡表生改造缓裂生成机制模型,分析了其生成过程。（3）在二维弹塑性有限元分析中,基于拉破坏区分布、剪应变和点安全度等指标,分析了低高程岸坡卸荷松弛范围,其中谷底表生改造明显影响深度为6~9m。     

西南某水电站枢纽区夹泥型张裂隙成因机制探讨

通过对某水电工程坝区岩体结构的表生改造形迹调查，发现坝区除了发育与岸坡平行的正常的卸荷破坏方式外，还发育了一种破坏方式——夹泥型张裂隙。裂面性质的弱化和发育的普遍性，使这类破裂带可能成为控制坝区高边坡岩体稳定性的重要岩体力学边界。在其发育过程中的诸多控制因素中，岩体结构对这种岩体破坏方式的发育起了控制作用。夹泥型张裂隙与岸坡成大角度相交的陡倾角裂隙和缓倾角错动带组合并构成一个整体。缓倾角错动带的改造是前提。夹泥型张裂隙的发育则伴随陡倾角裂隙和缓倾角错动带的改造过程而产生，构成由陡倾角断裂或裂隙、缓倾角错动带组合形成的典型的岩体破坏模式。结合本地区构造特征和岩体结构特征，并通过大量的现场调查，该文主要探讨了坝区岩体结构特征和夹泥型张裂隙发育的关系，以及岩体结构对夹泥型张裂隙发育的控制作用。     

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。     

小湾电站深切河谷边坡演化动力学过程及机制研究

小湾水电站坝址位于高山峡谷区,深切峡谷形成演化的动力学过程决定了坝区边坡目前的形态特征、岩体结构特征及稳定性状况,由此深刻影响边坡设计方案和建基面的选择。基于现场工作和分析测试成果,得出主要结论有:(1)由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用,边坡浅表层改造强烈,产生了大量的中缓倾角裂隙,坡面附近近SN向陡裂张开、扩展;浅表层发育了大量近EW向挤压带(面);(2)岸坡浅表层中缓倾角结构面的产生机制,包括沿原构造节理扩展和新生裂隙;坡体下部的中缓倾角裂隙会因差异卸荷回弹而继续扩展,坡体中上部岩体质量劣化,在地应力场调整过程中,因剪切滑移继续扩展,坡体逐渐进入时效变形阶段。(3)对河谷边坡进行了地质—工程分类,指出各类边坡可能变形失稳模式包括倾倒变形、平面滑动、阶梯状滑动、楔形滑动和堆积体滑动等5种。     

西南某水电站中缓倾裂隙特征及发育模式分析

本文在大量的裂隙调查基础上,总结分析了西南某水电站坝址区中缓倾裂隙的地质特征,阐释了中缓倾裂隙的形成机制和发育模式。通过统计分析,结果表明:(1)岩坡中缓倾裂隙总体与岸坡大体平行,是河谷下切伴生的岸坡应力分异和卸荷回弹形成的表生压致拉裂破裂体系; (2)岸坡的形成是河谷多期次下切的结果,河谷下切坡度变陡,后期形成的中缓倾裂隙亦相对早期宽缓河谷形成的中缓倾裂隙倾角增大,河谷侧向偏移致使凸岸坡体更有利于保存早期裂隙,因此凸岸坡体中上部多见中倾裂隙与缓倾裂隙同时存在现象; (3)峡谷的形成总体是间歇性快速下切,相对稳定阶段岸坡形成表生中缓倾裂隙,快速下切期间以河谷垂向卸荷为主,由此形成与间歇性快速下切各阶段相对应的裂隙密集区和裂隙稀疏区的间断分布。     

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。     

金沙江特大桥左岸岸坡岩体结构面强度参数取值及工程稳定性评价

丽香铁路金沙江特大桥位于金沙江虎跳峡镇高地震烈度深切峡谷地段。香格里拉端岸坡地形陡峻,卸荷裂隙发育,岸坡岩体在地震及工程荷载作用下的稳定性直接控制了桥梁选址方案的可行性。在深入分析对岸坡工程地质条件的基础上,基于节理特征分析的Barton模型、岩体结构面强度实验,讨论了岩体结构面强度参数,并在此基础上采用底摩擦实验研究了岸坡在自然和工程荷载作用下的稳定性,进而采用离散单元法计算分析了岸坡岩体在自然、桥基荷载作用下、地震加桥基荷载作用工况条件下的破坏趋势。研究表明,岸坡整体稳定,但在地震和桥梁荷载作用下,岸坡卸荷裂隙进一步发育,对桥基影响较大,应加强卸荷带岩体的工程整治以确保桥基安全。     

高边坡岩体卸荷带划分的量化研究

边坡卸荷及其卸荷带是西南地区高边坡一种常见的现象，对岩石边坡稳定性及其它岩石工程问题有重要的影响。在分析目前卸荷带划分方法的基础上，根据卸荷带的形成机理及地质表现，提出了用裂隙率、张开裂隙率和“隙宽和”3个量化指标进行卸荷带的划分。结合实际工程，进行了大量的现场裂隙测量，分析结果表明，3个量化指标对卸荷带的强弱有较好的响应关系，作为卸荷带划分的量化指标具有较好的可操作性。进一步，结合卸荷带的地质特点，提出了所研究的具体工程其卸荷带划分的建议方案。     

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。     

西南某大型水电站中缓倾角裂隙发育模式及成因机制分析

中缓倾角裂隙的存在是重要坝肩地质缺陷之一,中缓倾角裂隙发育规律、成因机制分析是研究边坡稳定性的重要基础。通过对我国西南某大型水电站中缓倾角裂隙空间分布规律的深入分析,结合地质分析、微观电镜扫描和数值模拟,阐释了中缓倾角裂隙的成因机制。结果表明:（1）河谷间歇性快速下切是中缓倾角裂隙密集带相间分布的主要形成原因;（2）中缓倾角裂隙的断裂形式以拉裂和拉剪并存为主,少部分试样表现为剪切破裂,力学机制与河谷下切地质演化相对应;（3）如果岸坡内存在断层、岩脉等软弱带,若软弱带宽度较大,则沿软弱带的整体松弛效应明显,而弱化中缓倾角剪应变增量带的分布;（4）若软弱带的宽度较小且距坡表距离较小时,一方面除沿软弱带倾角方向的应变较为集中,另一方面,会使剪应变增量带自坡表至软弱带的中缓顷裂隙的集中程度和数量均有所增加,另外,岩脉间中缓倾角裂隙的密度亦增加。     

用拐点原理计算滑坡后沿张裂缝深度的新公式

当坡体后沿产生张裂缝时,通常意味着坡体接近极限平衡状态,滑坡可能发生,若遇降雨,张裂缝充水产生的水压往往是滑坡发生的启动因素,因为水压的大小与张裂缝的深度估算有关,是边坡稳定分析的重要条件之一。建立了一个坡体后部潜在三角形极限平衡体拉张模型,导出裂缝深度公式。应用拐点的数学性质原理,解出裂缝处与内摩擦角相应的滑面倾角,计算张裂缝深度系数,绘制了应用于实际的张裂缝深度系数的数值解曲线图。解释了张裂缝发生条件:裂缝处的滑面倾角必须小于裂缝深度系数的一阶导数的极值点确定的与土层内摩擦角对应的倾角α。给出了圆弧滑面和一种非圆弧滑面发生张裂缝位置的公式。与Spencer裂缝公式进行了比较,表明本文方法具有实用价值。     

Natural and man-induced stress evolution of slopes: the Monte Mario hill in Rome

The paper deals with stress-release effects induced by man-made cuts or excavations into natural stiff clay slopes that experienced erosion in response to valley deepening. The study was focused on the Monte Mario hill in Rome (Italy), which formed part of an area of recent urban expansion. The methodology of the study relied on a reference engineering-geology model, which was developed on the basis of site and laboratory data and stress–strain analyses. The latter analyses were carried out with the finite-difference code FLAC 4.0. Numerical modelling was based on a sequential approach, taking into account the main evolutionary stages of the Tiber river valley in Romeȁ9s urban area and then making cuts at the bottom of the slope located south of the Monte Mario Astronomical Observatory. The simulation revealed the stress-release effects that fluvial erosion and excavation fronts have caused on the investigated slopes and their consequent gravitational instabilities. These processes appear with metre-scale displacements, followed by stress-release cracks (actually observed on the slopes under review). In quantifying stress-release deformations, the simulation took into account the possible role of creep in the observed retardation of stress-release effects.Research activities were carried on with the co-operation of Dȁ9Arcangelo A. (Consorzio TREESSE, andrea.darcangelo@libero.it) and Moretti S. (IMG S.r.l. Servizi Tecnici per lȁ9Ingegneria e lȁ9Ambiente, moretti@img-srl.it)     

裂隙黄土边坡三维稳定性极限分析

黄土边坡中竖直裂隙的发育往往会对边坡稳定产生影响。相对于平面应变机制,建立三维破坏机制下边坡稳定性分析方法更能接近实际边坡失稳情况。基于塑性极限分析上限法,考虑预先存在竖直裂隙的三维黄土边坡不同破坏机制（坡面破坏、坡脚破坏和坡底破坏）,建立能量平衡方程及其无量纲临界高度值γH/c表达式,采用随机搜索法得到了临界高度的上限解。分析了约束宽度、边坡坡度、内摩擦角以及裂隙深度对三维竖直裂隙黄土边坡临界高度值的影响。结果表明：对于坡脚破坏机制,临界高度值随着裂隙深度的增加而减小,减小至临界裂隙深度 (δ /H)_min后,裂隙深度的增加不再影响临界高度值;临界裂隙深度随着坡度β 的增大而增大,随着内摩擦角φ 的增大而减小。当约束宽度B/H<0.8时,大多数破坏机制为坡面破坏。当约束宽度B/H=0.8、内摩擦角φ =10° 及约束宽度B/H=0.6、内摩擦角φ =15° 时,边坡的破坏从坡面破坏机制逐渐过渡到坡脚破坏机制。存在竖直裂隙的黄土边坡比完整边坡具有更小的临界高度,约束宽度及内摩擦角会对三维黄土边坡破坏机制产生影响。     

Plane failure analysis of rock slopes

Summary Hoek and Bray (1981) gave an analytical approach for plane failure analysis for rock slopes that is limited to those slopes in which the upper slope surface is horizontal and the tension crack is vertical. An analysis is presented here which can take these factors into account. It is found that varying the angle of the upper slope from 0° to 30° causes a significant reduction in the factor of safety. Varying the tension crack from vertical to 70° only has an effect when the upper slope angle is less than 20°.     

地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,结合极限分析上限法和拟静力分析法,建立功能方程,推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法,计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值,详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明,边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知,在非线性破坏准则下,裂缝深度较大时,裂缝对边坡稳定性影响显著,且边坡越陡影响越大;当裂缝深度超过某个值后,临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端,而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下,非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容,所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。     

某水电站右坝肩边坡的网状张裂变形

勘探发现，某水电站右坝肩边坡，除正常卸荷裂隙外，发育有大量的夹泥型破裂带。为了揭示其成因、发展趋势及对工程建设的影响，作者进行了大量的调查和分析，本文拟对所获研究成果进行介绍。     

地震作用下裂隙对岩质边坡稳定性影响分析

在地震作用下岩质边坡内部裂隙可能开裂扩展,对边坡稳定造成不利影响。利用扩展有限元法模拟岩质边坡内部裂隙在地震作用下的开裂扩展,根据扩展后的裂隙分析边坡潜在滑面,采用矢量和法计算边坡在震前、地震过程及震后的安全系数。结果表明：在汶川地震波作用下LLT1与LLT2裂隙均开裂扩展,开裂方向与水平方向夹角近45°,其中LLT1裂隙顶部开裂至边坡面。震前安全系数为1.75,地震过程中最小安全系数为1.01,震后安全系数为1.05。说明了即便是边坡在震前稳定性较好,但由于地震作用使得裂隙扩展贯通至边坡表面,导致滑体抗滑力降低,边坡震后稳定性显著降低。虽然地震过程中边坡并未失稳破坏,若在震后受到其他外部作用则可能失稳破坏,引发次生灾害。     

边坡失稳过程模型试验研究

采用一个1 m×2 m×4 m（高×宽×长）的模型槽,对素土和加筋土边坡的失稳破坏过程进行了详细的试验研究。试验设计了30°、45°和60°共3种坡度,坡面考虑了平面和凸面两种形式。通过倾斜模型槽,触发模型边坡失稳破坏,利用数码摄像机采集边坡破坏的发生、发展过程和最终形态,并对裂缝的开展、滑坡体形态以及模型槽倾斜角度进行了归纳总结。结果表明：边坡破坏呈现三维形态,坡度和坡面形状对滑体形态影响较大;同一坡度下,凸坡较平坡容易失稳,二者裂缝位置基本一致;加筋后,提高了边坡稳定性,破坏形态也发生改变。研究成果有助于更深入了解边坡失稳破坏过程及破坏形态,为边坡治理提供科学依据。     

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。     

考虑裂隙水压力的岩体压剪裂纹扩展规律研究

在库水位大幅度升、降变化时,容易导致岩体内增量裂隙压力的集中,使断裂面上有效应力降低,裂纹面尖端的应力强度因子增加。当达到临界强度因子时,可能使岩体内裂纹、裂隙贯通、扩展,形成连续的复式破坏面,从而使边坡稳定性降低,造成边坡的失稳。基于此,从断裂力学角度分析了裂隙水压力对裂纹强度因子的影响,对考虑裂隙水压力作用的Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹扩展规律进行了研究,结果表明：Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹的裂纹扩展角的变化,不仅与裂纹的闭合程度、斜裂纹倾角、双向应力大小有关,还与裂隙水压力的大小、裂纹面的摩擦系数有关;并且在相同情况下,未闭合裂纹的扩展角要大于闭合裂纹的扩展角;对于闭合裂纹,裂纹面摩擦系数越小,扩展角越大;最后,推导了基于摩尔-库仑准则考虑裂隙水压力的岩体断裂韧度KIc、KIIc和压剪状态下Ⅰ、Ⅱ型复合断裂判据。研究成果为分析水岩作用下裂隙岩体的失稳破坏提供了重要的参考。