向家坝水电站左岸坝基挤压破碎带变形特性试验研究

坝基软弱破碎地质体是影响大坝安全的关键因素之一,其岩体力学参数的合理确定是大坝工程稳定分析与安全评价的基础。为合理确定向家坝水电工程左岸坝基挤压破碎带的变形模量,进行了室内MTS变形模量试验、现场小型承压板和大型承压板试验研究。3种试验方法得到的破碎带岩体变形模量基本都小于1.0 GPa,有盖层承压板试验条件下的破碎岩体变形模量测试值远大于无盖层岩体影响情况下的试验成果。研究成果表明,不同试验方法反映了左岸坝基破碎带岩体的不同受力状态,其变形模量也呈现一定差异性。在分析挤压破碎带变形模量试验值差异性的原因基础上,提出了左岸坝基破碎带岩体变形模量的建议值。     

关于层状岩体变形试验的建议方法

传统的岩体承压板法变形试验以假定岩体为半无限均质弹性介质为前提,只能得出一个综合（等效）的弹性（或变形）模量,对于水电工程中经常遇到的薄的软弱层带的模量不能测定。为此,需要在传统的岩体变形承压板法试验的基础上发展淅的层状岩体承压板法变形试验,它可以利用分层弹模计算的方法测定出软弱层带及其他各个岩层的模量,是岩石力学试验方法上的一次突破。笔者将首次系统地介绍这种新的试验原理、实施、分层弹模计算方法和工程应用。     

基于现场试验的岩体变形模量尺寸效应研究

岩体力学参数具有随机性和不确定性,合理确定岩体力学参数是岩土工程稳定性分析的基础和关键。以某水电站前期研究的110个钻孔弹模测试数据为研究样本,对其进行了统计特征分析,确定变形模量的概率分布特征更符合Weibull分布。以钻孔弹模仪承压板尺寸为岩体变形模量研究的样本尺度,岩体由该尺度的岩样叠加而成,建立了不同尺寸的立方体岩体数值分析模型,按照Weibull分布随机给出各岩样的变形模量,在此基础上对不同尺寸的岩体分别进行5 000次单轴压缩试验的数值模拟,得到了不同尺度岩体等效变形模量的变化特征,确定了岩体等效变形模量的REV。基于现场实测岩体变形模量与概率统计理论相结合研究岩体变形模量是一个新的尝试,可为该水电站工程岩体力学参数的合理取值提供依据。     

引汉济渭工程边坡岩体变形特性研究

三河口水利枢纽是引汉济渭工程两大水源工程之一,边坡岩体变形特性是主要的岩石力学问题,为此用刚性承压板法和钻孔变形试验,针对坝肩边坡不同岩性、不同风化程度岩体开展了大量原位试验。综合分析92个点刚性承压板变形试验成果,获得了不同岩体变形参数范围,重点讨论了不同变形曲线类型、各因素对试验成果的影响。介绍了钻孔变形试验方法及原理,分析了坝肩边坡岩体钻孔变形试验成果,最后对两种方法的变形试验进行对比,并综合评价了边坡岩体的变形特性。结果表明,该工程坝肩边坡岩体具有较高的变形参数,变形曲线大部分为直线型,岩体变形特性与岩体类别密切相关,两种试验方法所得岩体变形参数总体趋势一致。     

基于承压板试验的岩体蠕变参数反演统一解析公式法

由于岩体性状的复杂性和多样性,现场试验是进行岩石力学研究的重要手段。以往的现场承压板试验,由于试验条件的限制,试验荷载的设定将使岩体蠕变呈衰减蠕变形态,却难以反映岩体的等速蠕变和加速蠕变。坝基软弱岩体的力学特性是影响大坝及地下结构长期稳定性的重要因素。通过对坝基软弱岩体现场承压板试验曲线中表现出的衰减蠕变和等速蠕变两阶段特性,辨识了蠕变模型。并推导了刚、柔性承压板深部岩体的黏弹性一般解,给出了Maxwell模型、广义Kelvin模型、Burgers模型的黏弹性位移的统一表达式。结合试验数据,以理论解析反演法得到相关的蠕变参数,为以后的坝基长期稳定性计算奠定基础。     

黄河某高拱坝岩体力学参数的选取

在对比国内外各种选取岩体力学参数方法的基础上,对黄河某高拱坝坝址区主要岩层中生代二长岩和三叠系变质砂岩采用现场原位试验和数据统计方法获取岩体力学参数。用刚性圆形承压板法进行岩体变形试验,建立了岩体纵波波速与变形模量的拟合关系,用最小二乘回归法处理变形数据。用平推法直剪试验进行岩体抗剪断强度试验,用 - 点群中心法处理直剪试验数据。软弱带取样后进行室内断层泥物理力学性质试验,运用岩土工程勘察规范中参数统计经验公式来获得各软弱带的抗剪参数。点群法求得的各抗剪指标总体上与原位试验得到的结果相一致,证明该法可用于岩体力学参数选取。     

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6:2.5:1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6:2.5:1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。      

孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量研究

拟建雅砻江孟底沟水电站坝基花岗闪长岩体中,密集发育有单条宽度为0.5~3m的黏土化热液蚀变岩带。变形试验表明,微新花岗闪长岩的变形模量平均值高达31.50GPa,而强黏土化蚀变岩及弱黏土化蚀变岩变形模量仅分别为6.79GPa、11.10GPa,故蚀变岩密集带的存在必将对坝基岩体的变形特性产生重大影响。目前对于这种变形特性差异显著的复杂组合岩体综合变形模量尚无成熟的评价方法。因此,本文在刚性承压板变形试验及声波测试基础上,采用非线性回归法分析了岩体声波与变形模量的相关性,建立了岩体Vp-E0的相关性公式,进而采用算术平均法计算了典型蚀变岩密集带的综合变形模量,其值为18.03GPa,较微新花岗闪长岩变形模量降低了42.76%;同时,根据带内各种蚀变岩所占比例,采用加权平均法求得蚀变岩密集带综合变形模量值为19.40GPa,较微新花岗闪长岩变形模量降低了38.41%。两种方法所得的综合变形模量值相差仅为7.60%,且对比刚性承压板法所得变形模量值,前者更加安全可靠。故建议采用非线性回归法对孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量进行计算。     

节理玄武岩体变形模量的尺寸效应和各向异性

目前系统研究柱状节理玄武岩工程力学特性的成果仅见于美国汉佛德玄武岩核废料埋藏工程和中国西南白鹤滩水电工程。列举了国内外相似工程柱状节理玄武岩的原位试验成果,分析了我国不规则柱状节理玄武岩体的柱体偏转特性和多级结构面发育特征,采用可变形离散元法建立了柱状节理玄武岩体的三维离散元数值模型,通过数值模拟不同尺寸的承压板试验,探讨了尺寸效应和各向异性对试验成果的影响。数值分析表明:承压板的尺寸效应是产生柱状节理岩体水平和铅直原位试验各向异性的主要原因,随着承压板直径的增大,各向异性效应减小,当承压板直径大于6m后,柱状节理玄武岩体可视为各向同性体,研究成果对利用和改造柱状节理岩体具有较好的工程意义。     

组合桩型复合地基计算与应用分析

为完善组合桩型复合地基设计理论，以单一桩型复合地基计算方法为基础，给出了其承载力和沉降量计算方法，提出了静载试验结果的尺寸修正方法，并与测试结果进行了验证。结果表明：经修正后，承压板下组合桩型复合地基承载力试验值与采用本文公式所得计算值吻合；采用桩间土的压缩模量乘以承载力的提高幅值，所得复合压缩模量计算组合桩型复合地基，最终沉降满足工程要求。     

Estimation of the rock mass deformation modulus using a rock classification system

It is often difficult to directly obtain specific design parameters of interest. In these situations, estimation based on empirical correlations is an alternative. The deformation modulus of a rock mass, which is important to know for engineering projects, is measured by in situ tests, such as plate bearing, flat jack, pressure chamber, borehole jacking and dilatometer tests. Nevertheless, these in situ tests are expensive, time consuming and sometimes even impossible. Many attempts have been made to estimate the E modulus using easy-to-obtain parameters of a rock mass. This paper reviews previous studies and the equations that have been developed. In addition, this study presents a new relation developed using a database of 82 dilatometer test results gathered from two dam sites and a tunnel site. Statistical analyses were performed to correlate accessible rock parameters with measured E modulus values from in situ tests. Knowing that discontinuity characteristics and the strength of rock materials are the most important contributors to rock deformability, the focus was on identifying parameters that are affected by the mentioned properties. Among the tested parameters, RMR (Rock Mass Rating) showed the best correlation with the E modulus. Statistical analyses resulted in a new empirical equation that has an acceptable estimation ability.     

红黏土地基承载力和变形参数的空间分布特征分析

为了获得红黏土地基承载力和变形参数在横向和垂向上的定量数据及分析它们的变化规律,选取厦门至成都高速公路湖南省郴州段典型横纵断面上的红黏土地层作为试验点,采用平板载荷试验、旁压试验等技术手段进行了原位测试。试验结果表明：红黏土地基承载力和变形模量在横向较小的范围内呈现较大幅度的变化,在垂向上则呈现先增大再减小的变化趋势,与红黏土赋存厚度、地形地貌、含水率等相关;旁压试验所测得的承载力特征值和平板载荷试验测得的承载力特征值之间存在一定的差异性;旁压模量与变形模量可以通过结构性系数联系起来,所得的结构性系数与Menard根据大量黏土试验资料对比所得到的结论较为一致。     

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.     

钻孔弹模法在某核岛岩体力学特性中的应用研究

钻孔试验法的最大优点是可测试深部岩体力学参数(变形模量或弹性模量),为工程支护设计、工程安全性评价提供最为不可缺少的参数。本文结合某核岛工程,介绍了钻孔弹模法在岩体力学特性的工程应用。研究表明:该方法能够反映岩体结构特征,测试获得的压力变形曲线符合实际,规律性良好。在低压力段,变形发展很快,压力与变形曲线呈非线性; 在中压力段,钻孔弹模计的承压板在不断输出增大的压力下与孔壁岩体达到全接触,裂隙闭合,压力与变形曲线接近线性; 在高压力段以上,压力与变形曲线在经历了低压力段非线性,中压力段接近线性后最终呈线性。考虑到岩体本身结构质量变化,弹性模量与变形模量会随深度发生一定的变化。经进一步分析核岛岩体变形模量或弹性模量可知,微风化至新鲜的花岗岩岩体各向异性不明显,部分受裂隙和结构面切割影响的测段岩体模量值小于其他测段,岩体模量比值较大,表现出较强的各向异性。最终,本文还给出了微风化至新鲜的花岗岩变形模量值NS向标准值为24.021.61GPa, EW向标准值为23.921.56GPa,综合变形模量标准值为23.971.10GPa; 弹性模量值NS向标准值为45.152.58GPa; EW向标准值为44.252.57GPa; 综合弹性模量标准值为44.701.79GPa。     

深部破碎岩体变形模量的一种新型试验方法及工程应用

岩体的变形模量是表征岩体抗变形能力的一个重要参数。对于深部破碎岩体的变形模量,采用传统的现场试验法或钻孔弹模法获得其变形参数有一定的局限性。因此,采用一种新开发的试验手段：将现场钻孔中取得的深部破碎岩体试样带回室内,放入MTS中进行三轴试验,记录相应的位移和应力;同时推导了一套配套的理论计算公式,利用室内试验的方法获得了从钻孔中取得的深部破碎岩体的变形模量。采用上述方法对实际水电工程坝基深部破碎带岩体的变形模量进行试验计算,并对试验得到的变形模量结果进行检验分析。其结果表明：采用两种方法获得的深部破碎岩体变形模量值差别一般在10％以内。     

应用RMi法估算岩体变形模量

RMR法与Q法是国内外八、九十年代岩体质量和参数估算的常用方法,然而RMR法和Q法对质量较差的岩体不太实用,而RMi法是一种既适用于软岩又适用于硬岩的岩体质量评价和参数估算方法。本文在介绍RMi法基本原理的基础上,对贵州省鱼简河水库坝基岩体变形模量进行确定。