高边坡坝基柱状节理玄武岩开挖卸荷时效松弛特性

柱状节理玄武岩在开挖卸荷条件下容易松弛与开裂,是白鹤滩水电站坝基稳定的主要挑战。以白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理玄武岩试验区为工程背景,采用单孔声波、钻孔摄像等原位测试技术,研究了分梯段开挖及时间效应条件下Ⅲ1类和Ⅲ2类柱状节理玄武岩松弛深度、松弛程度的时空演化规律,探讨了坝基柱状节理岩体松弛特征的原因。分析结果表明：柱状节理玄武岩的松弛深度主要由开挖引起,临近开挖面岩体的松弛程度随时间呈负指数增长,其时效期不超过半年。柱状节理岩体松弛特征与岩体质量关系密切,两类岩体的松弛深度、松弛程度的时效性及松弛程度随孔深的分布规律差异较大。坝基柱状节理岩体时效松弛是由内部节理张开导致的岩体强度参数的时效劣化引起。该研究对认识柱状节理岩体卸荷力学行为及优化坝基柱状节理岩体开挖保护方案具有重要意义。     

基于RFPA3D和微震监测的白鹤滩水电站左岸边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸边坡受缓倾角软弱面及NW向断层影响,施工、运行期的边坡稳定性问题尤为重要。为研究左岸边坡在开挖卸荷过程中应力场、位移场分布规律,揭示岩体内部破坏失稳机制,利用RFPA3D（realistic failure process analysis）软件以拱轴线剖面为例建立准三维数值模型,再现坝基边坡岩体裂隙萌生、发育、扩展直至贯通的渐进损伤破坏过程。结合左岸边坡开挖卸荷及应力调整过程中的微震活动演化特征,圈定工程边坡潜在危险区域,探讨可能的失稳破坏模式。分析表明：基于离心加载法计算得到工程边坡开挖后安全系数为1.33;边坡表层区域受缓倾角错动带控制,变形破坏最为明显,以小范围楔形体滑移为主。该研究结果可为白鹤滩水电站坝基边坡后期施工提供依据,对于类似岩质边坡工程施工具有一定的指导作用。     

基于离散元模拟和微震监测的白鹤滩水电站左岸岩质边坡稳定性分析

西南地区水电站复杂高陡边坡的开挖稳定性一直是水电工程建设的关键技术问题之一。在研究金沙江白鹤滩水电站左岸边坡地形地貌、工程地质特性、地应力实测资料等基础上,利用通用离散元程序UDEC建立左岸顺层边坡离散元模型,进行开挖卸荷过程坝基边坡的稳定性分析,获得边坡开挖过程应力场、位移场、塑性区分布规律,揭示了顺层岩质边坡变形失稳机制。同时,结合左岸边坡开挖卸荷和应力调整过程微震活动特征,识别和圈定了左岸边坡深部岩体潜在损伤区域和滑裂面。综合研究结果表明,左岸边坡变形主要受构造应力、地质条件和开挖卸荷等综合因素影响,其中软弱结构面LS_(3318)、LS_(3319)、LS_(331)、LS_(337)、F_(17)等对坝基边坡开挖变形起决定性作用。研究成果可为左岸边坡开挖和支护施工提供参考,同时也为类似顺层岩质边坡工程开挖支护提供研究思路。     

小湾水电站低高程坝基开挖卸荷松弛机理试验研究

小湾电站低高程坝基开挖过程中,表层岩体卸荷松弛强烈,主要形式有沿已有裂隙地错动、张开和扩展,及因新生破裂而松弛。后者主要包括:葱皮现象、板裂现象和岩爆现象。试验测试表明,开挖面附近微新岩石为坚硬极坚硬岩石,但其初始损伤明显,其损伤发展启动应力在5.2~12.4MPa之间,抗拉强度在3~6MPa之间,这是坝基表层岩体卸荷松弛强烈的物质基础;坝基面爆破开挖的应力集中和爆炸作用影响是坝基岩体卸荷松弛强烈的岩石力学环境条件。     

西南某电站河床坝基开挖卸荷条件下变形破坏的数值分析

西南某电站河床坝基开挖过程中,在河床底部出现大量表征岩体卸荷的变形破坏现象。开挖卸荷深度与卸荷强度成为大坝建设及其长期稳定性的关键问题。采用三维有限差分程序FLAC3D,分析开挖卸荷条件下坝基岩体变形破坏特征。结合现场卸荷裂隙现象调查资料,综合确定出所研究的河床坝基开挖卸荷影响深度及强度。为坝基综合治理提供必要的参考信息,也为今后此类中等地应力边坡开挖卸荷分析储备可以借鉴的资料。     

西南某水电站层状建基岩体松弛特征研究

建基岩体开挖松弛及其形成的松弛带是水利水电工程中一种常见的现象,对建基岩体的岩体质量有重要的影响。建基岩体在开挖后必然产生新的爆破裂隙,同时伴随开挖卸荷、应力的释放,尽管岩体并未发生进一步风化,但因岩体发生松弛、卸荷,在浅表部形成松弛带,因此,确定松弛带厚度及其分布,更有效地对松弛、卸荷岩体进行处理具有重要的工程实际意义。本文在现场地质环境条件调查、原位声波测试及室内综合分析的基础上详细地对一重力坝层状建基岩体的松弛带厚度及其特征进行了研究,并分析了建基岩体产生深部松弛的原因,在此基础上分析了对建基岩体工程特性的影响,其成果对类似工程的坝基开挖实践具有指导作用。     

西南某水电站层状建基岩体松弛特征研究

建基岩体开挖松弛及其形成的松弛带是水利水电工程中一种常见的现象,对建基岩体的岩体质量有重要的影响。建基岩体在开挖后必然产生新的爆破裂隙,同时伴随开挖卸荷、应力的释放,尽管岩体并未发生进一步风化,但因岩体发生松弛、卸荷,在浅表部形成松弛带,因此,确定松弛带厚度及其分布,更有效地对松弛、卸荷岩体进行处理具有重要的工程实际意义。本文在现场地质环境条件调查、原位声波测试及室内综合分析的基础上详细地对一重力坝层状建基岩体的松弛带厚度及其特征进行了研究,并分析了建基岩体产生深部松弛的原因,在此基础上分析了对建基岩体工程特性的影响,其成果对类似工程的坝基开挖实践具有指导作用。     

白鹤滩水电站左岸坝肩开挖边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸坝基边坡地质构造错综复杂,坡内多条陡倾断层和顺坡向错动带是控制边坡稳定性的主要因素。结合现场地质资料、监测数据及勘察认识,利用通用离散元软件UDEC建立左岸边坡开挖变形分析模型。首先在无支护开挖工况下研究主要结构面F17、LS331、LS3319上下盘岩体关键点应力及位移变化,并指出潜在失稳破坏区;同时采用预应力锚索单元在不同施工时序下对潜在不稳定块体进行加固计算,对比研究了不同方案下左岸边坡的变形破坏机制和整体稳定性。计算结果和现场监测表明：左岸边坡变形破坏与结构面密切相关,在开挖卸荷作用下主要表现为沿错动带的压剪破坏和陡倾断层的张拉破坏,采用预应力锚索加固处理能够有效提高边坡稳定性,并且在开挖后及时跟进支护可以有效抑制边坡剪切变形。研究结果对白鹤滩左岸坝基边坡后续工程加固和施工工序具有一定的参考价值。     

叶巴滩水电站深部破裂岩体波速特征

揭示深部破裂岩体波速特征及深部破裂对岩体卸荷、损伤、完整性及弹性模量的影响,以叶巴滩水电站岸坡深部破裂为典型实例,开展深部破裂现象精细测绘与声波测试。研究表明:根据宏观地质特征与波速,可将深部破裂划分为轻微松弛型、中等松弛型、强烈松弛型;轻微松弛型深部破裂岩体纵波波速大于4 200m/s,中等松弛型深部破裂岩体纵波波速3 000~4 500m/s,强烈松弛型深部破裂岩体纵波波速小于3 000m/s;轻微松弛型深部破裂对岩体卸荷程度、损伤程度、强度弱化影响较小,中等松弛型深部破裂次之,强烈松弛型深部破裂影响最为显著;轻微松弛型深部破裂岩体较完整,中等松弛型深部破裂岩体完整性差-较破碎;强烈松弛型深部破裂岩体已处于较破碎-破碎状态。     

澜沧江某大型水电站左岸岩体结构面发育特征及形成机制分析

现场调研表明,该大型水电站左岸结构面发育在横向上具有明显的不均一性和分区性。断层Fl、F3为规模最大的两条断层,控制左岸块体分区;断层F3等小断层、破碎带导致岩体性状较差;密集于断层F1、F3之间的结构面使岩体工程地质性状最差。综合分析认为．这些结构面及其分布差异是古生代以来岩浆活动及多期构造作用复合作用所致。笔者将从地质背景、结构面特征诸方面,深入分析这些结构面的形成机制及形成机制对左岸工程岩体稳定性的影响。     

柱状节理岩体隧洞松弛深度的变异特性与确定方法

柱状节理玄武岩是火山岩区所特有的地质现象,其地质成因独特,工程特性、开挖响应特征明显不同于一般常见岩体。针对节理岩体中不同钻孔属性条件下松弛深度测试结果存在变异性的问题,提出单孔声波测试与数字钻孔摄像综合的原位测试手段和松弛深度评价方法,获得了柱状节理条件下不同角度及不同孔径的岩体卸荷松弛特性。研究结果表明,在节理岩体中进行围岩的松弛深度测试时,不同孔径钻孔测试的松弛深度未有显著影响,但在不同钻孔角度条件下测试时,钻孔偏差角度、钻孔轴线与节理方位的夹角均对测试结果有较大影响,围岩松弛深度随节理方位与测孔轴线角度增大而增大。基于现场测试的结果与柱状节理的各向异性特征,进一步探讨了不同钻孔条件下松弛深度变异的机制。该研究结果对柱状节理围岩松弛测试评价、稳定性分析以及支护方案优化有显著价值。     

某水电站左岸深裂缝对工程荷载下边坡稳定性影响的FLAC3D分析

简要介绍了某水电站下坝址区左岸深部裂缝的发育分布特征，在此基础上，采用FLAC^3D就深裂缝的存在对工程荷载作用下坝基岩体的变形和稳定性状况进行了初步分析和评价，结果表明，尽管左岸边坡中存在深裂缝，但岸坡在工程荷载作用下变形较小，整体稳定性仍较好。     

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。     

卡拉水电站左岸消力池部位质差岩体力学参数研究

质差岩体可能给坝基质量带来不良影响,确定差质岩体的力学性状对坝基工程设计和施工具有重要的指导意义。对卡拉水电站坝址区左岸消力池部位出露的岩体进行现场和室内试验分析,运用数理统计方法,研究其物理性质,确定其力学参数。结果表明该岩体较差,岩体质量等级低。     

白鹤滩水电站左岸边坡深部破裂成因探讨

在对白鹤滩水电站坝址区河谷地质条件、地应力分布及左岸边坡深部破裂发育特征详细分析的基础上,采用离散元数值软件UDEC以剥蚀法模拟河谷演化发育过程,分析白鹤滩水电站左岸边坡深部破裂的形成原因。模拟结果反映河谷应力场分布呈现出了典型深切河谷所具有的应力松弛、升高及原始三区以及谷底存在高地应力包的规律。同时对河谷边坡不同部位、不同阶段的应力变化规律进行了深入分析并结合现今河谷地质特征,认为该深部破裂是在河谷地层顺倾、区域高地应力、不对称V型河谷、下蚀迅速等特定条件下,在河谷演化过程中局部应力集中使岩体发生剪切屈服,并发育剪切破坏,河谷剥蚀卸荷后顺倾向错动带的出露使剪切破坏进一步发育成张性破坏的结果。     

锦屏一级左岸导流洞出口边坡开挖支护有限元模拟

锦屏一级水电站左岸导流洞出口边坡岸坡陡峻,层间挤压破碎带、顺坡卸荷裂隙及深部裂缝发育。边坡开挖将切除部分维持边坡稳定的坡脚岩体,从而对工程边坡及上部变形拉裂岩体的稳定性产生不利影响。基于锚固岩体弹塑性等效本构关系,采用弹塑性有限元法对边坡开挖、加固及地震作用进行了数值模拟,分析了开挖边坡的稳定性,并对初拟的“先锚后挖、边挖边锚”的施工程序的合理性进行了评价,提出了若干对工程建设具有一定指导意义的建议。     

高地应力条件下大型地下厂房松动区变化规律及参数反演

松动区是控制地下洞室围岩变形及失稳的重要因素。以锦屏一级水电站为例,结合声波测试及多点位移计监测成果,对高地应力和低强度应力比条件下大型地下厂房围岩松动区的分布及变化特征进行分析,并采用BP网络和遗传算法对围岩参数进行反演。研究表明,声波测试的围岩松弛深度与多点位移计监测得到的围岩主要变形深度具有一致性,围岩松弛深度变化趋势与岩壁位移变化也存在对应关系,两者结合可以对围岩松动区的变化规律进行连续的分析。高地应力和低强度应力比条件下的松动区深度远大于一般应力条件,由于围岩应力状态调整、岩体破坏所导致的卸荷松弛成为围岩松弛的主要因素。开挖过程中,由于围岩应力状态的逐步调整,导致围岩的破坏和松弛的渐进发展,其中松弛深度在水平向的扩展较为明显。反演得到的松动区岩体变形模量及黏聚力较未松动岩体有明显降低,而摩擦角降低较少。因此,对松动区岩体进行灌浆加固,将有助于提高松动区岩体的变形模量和粘聚力,从而增强围岩的稳定性。     

西南某水电站谷底深厚覆盖层与卸荷松弛带特征及其成因机制分析

钻孔揭示,该水电站河谷谷底发育着深厚覆盖层及卸荷松弛带。深厚覆盖层纵向上可以分为3层:下部和上部为正常的河流相,中部为多成因堆积物加积层;谷底浅表部岩体结构松弛,完整性差,裂隙张开、泥质充填,裂面严重风化锈染。研究表明,谷底松弛是由于河流切至谷底时造成应力集中,导致岩体剪切破坏;并经过漫长的卸荷回弹及风化作用在谷底形成一定厚度的松弛带。     

高地应力环境下坚硬岩体河床坝基开挖的变形破坏机理研究

小湾水电站坝基岩体在开挖过程中,暴露出一系列的变形破坏现象,主要表现为板裂、表面岩爆、沿已有裂隙张开、扩展和错动等。在对上述变形现象分析的基础上,研究了高应力环境下坝基岩体开挖的地质力学响应,发现:河床坝基岩体在开挖过程中所表现出的变形主要集中在坝基浅表,且具有时效性。根据变形破坏现象分析和变形响应研究,对高地应力环境下坚硬岩体河床坝基开挖的变形破坏机理有了新的认识,是河谷下切和开挖卸荷过程中的应力重分布造成的浅表生改造的结果。最终,将河床坝基岩体的变形破坏归纳为压致拉裂卸荷回弹模式,且以压致拉裂为主。     

高地应力区复杂结构河谷应力场特征——以锦屏Ⅰ级水电站为例

以锦屏Ⅰ级水电站为例,在实际地质调查基础上,分析整理实测地应力数据,以数值模拟为手段,对高地应力区复杂结构谷坡应力场特征进行了研究。结果表明:高地应力区具有复杂结构的河谷,遭受河谷快速下切改造后,其谷坡应力场存在"四区"分布特征,即应力降低区、应力过渡区、应力增高区及原始应力区;背景构造应力和河谷形态特征是导致谷底高地应力现象出现的2个重要因素;谷坡内的软弱带对应力场分布产生重大影响,尤其是倾坡外断层的存在,更易于谷坡应力卸荷,这是导致锦屏左岸深卸荷形成的重要原因,以及导致左岸卸荷基准面高程低于右岸的原因之一;河谷下切过程中,右岸顺倾岸坡发生应力调整的坡体范围比左岸的反倾岸坡大,因此其原始应力区在更深的深度内才出现。简单探讨了锦屏深裂缝的成因机制,认为河谷迅速下切导致的快速卸荷是锦屏深裂缝形成的原因之一。