凤滩水电站扩建工程进水口反倾层状结构边坡岩体特征与加固处理

凤滩水电站扩建工程进水口边坡为厚层反倾结构边坡,岩体完整性好,由于边坡及进水口段洞室开挖未及时支护,导致进水口段上部边坡岩体产生轻微倾倒变形。本文描述了该进水口部位的地质条件,分析了进水口隧洞上部厚层反倾岩体稳定性。研究了施工过程中岩体发生轻微倾倒变形的原因,并提出了相应的加固处理方案,通过现场监测证明处理后边坡岩体是稳定的。     

卸荷条件下高边坡大规模开挖的“地质-力学”响应研究——以西藏如美水电站右坝肩为例

以西藏如美水电站近700 m开挖边坡为例,通过现场卸荷的详细调查,对复杂地质条件下的岩质高边坡大规模开挖离散元模拟的变形响应进行了研究,得出此类边坡在卸荷条件下开挖后的变形响应过程、基本规律及地质-力学模式。模拟结果表明:高边坡大规模开挖之后,边坡的变形与开挖部位具有较强的联系,开挖面上部往往变形较大;边坡主要以浅表部碎裂岩体及深部的“滑移-拉裂”地质-力学响应为主导模式;边坡变形与开挖之后岩石卸荷有必然联系。随着开挖的继续,随着开挖面越来越远,坡体下部变形逐渐衰减,变形主要向开挖面上部累积,最终趋于稳定的响应特征。     

锦屏一级水电站左岸开挖高边坡变形监测分析

锦屏一级水电站左岸开挖高边坡的开挖高度达到530 m,断层发育,岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别重要。对边坡的工程地质条件进行分析,介绍锦屏一级水电站工程左岸边坡的变形监测布置及监测结果。锦屏一级左坝肩边坡采用表面变形观测、浅表变形观测及深部变形观测,由表及里3个层次监测边坡岩体的变形。表面变形监测采用外观变形监测方法;浅部变形监测采用多点位移计,监测深度为0～90 m;深部变形监测采用平洞测距、水准沉降及石墨杆收敛计等监测方法,布置于勘探平洞内,穿越主要断层及深部拉裂缝,最大监测达到260 m。截止2011年5月,边坡浅表最大水平位移106.1 mm,最大垂直下沉位移58.6 mm,主要受边坡开挖及支护控制。深层最大水平变形量为47.48 mm,最大垂直沉降变形为7.2 mm,主要受深部拉裂缝及断层控制。目前位移趋于收敛,最大变形速率小于0.1 mm/d,满足安全控制标准,边坡已趋于稳定。     

某水电站进水口高边坡开挖的变形响应研究

针对西南某大型水电站高达近106 m的人工进水口垂直高边坡,通过现场跟踪施工的地质调查工作,系统研究了复杂地质条件和高地应力环境下岩石高边坡大坡比、强开挖所表现的变形响应,揭示了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现。研究表明：高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响,随着开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减,最终稳定的响应特征。变形可归纳为3种性质,即浅表松弛型、协调渐变型和回弹错动型,总体以浅表松弛型为主等。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

平缓反倾红砂岩高陡切坡的稳定性分析

以沪渝高速公路湖北段平缓反倾红砂岩为研究对象,在平缓反倾红砂岩高陡边坡中岩体易软化崩解。自然冲侵蚀形成的高陡山体卸荷变形可达几十毫米至近百毫米,卸荷变形破裂方向与构造节理重叠,使节理裂隙变宽,贯通性提高,为高陡坡体提供了顺坡向陡直破裂面。加之公路切坡卸荷变形和坡体软化变形,岩体软化后的变形模量下降约80%,卸荷变形和软化变形各有数毫米的变形量,与自然坡体卸荷重叠,使坡体变形进一步加大,使红砂岩坡体潜在不稳定性增大。同时地下水作用使卸荷裂隙充填一定高度的静水压力,还使岩体产生软化,岩块软化系数一般在0.3~0.7,导致岩体强度显著下降,30～40 m高的静水压力可使边坡的稳定性系数从开挖前的5.56降至1.96,开挖后从2.77降至1.07,这两方面的作用可使切坡后较稳定的反倾坡体变化到极限平衡状态,甚至失稳状态。因此,施工中要特别注意切坡后的即时加固,并采取措施防止卸荷裂隙中地下水聚积,减少地下水对坡体的软化。     

列车震动荷载对边坡稳定性的影响分析

以某高速铁路隧道出口边坡为研究对象,在边坡工程地质条件、岩体结构特征及变形破坏特征调查分析的基础上,阐明了边坡的变形破坏模式为受卸荷结构面控制的块体顺坡向滑塌破坏。通过建立边坡的三维数值模型,对比分析了边坡在天然工况(施工平台及隧道开挖前)和列车震动荷载工况下,沿隧道走向剖面上的应力、变形及剪应变增量变化特征,并分析了施工平台开挖及列车震动荷载对边坡稳定性的影响,得出了施工平台开挖及列车震动荷载,可能在开挖面附近及坡内软岩夹层中引起局部的变形破坏,对边坡整体稳定性影响较小的结论。     

锦屏一级水电站左坝肩边坡开挖三维有限元分析

应用3Dσ软件对锦屏一级水电站左坝肩高边坡开挖过程进行三维有限元模拟,并对左坝肩缆机平台以上边坡和拱肩槽边坡的应力、位移情况进行详细的模拟。模拟结果表明:开挖坡面产生不同程度的张拉应力区域;缆机平台和拱肩槽槽坡底部产生一些竖直方向的回弹变形和水平向坡外的变形;5#梁山脊在拱肩槽开挖后将产生进一步的卸荷松弛,表层岩体稳定性将可能恶化,F42 9断层以上的大块岩体将是一个潜在的威胁,这些区域是逐级开挖过程中边坡支护设计的重点。     

三峡工程永久船闸二期开挖岩体松弛范围的绝对应力测量

永久船闸是三峡工程的重要组成部分,其高边坡是在花岗岩山体中开挖而成的,最大开挖深度达170m。由于开挖卸载,在岩体中形成卸荷应力场,这种新的应力场往往成为岩体持续变形的主要因素,而岩体的持续变形可对工程建筑物(特别是高边坡)的稳定性产生致命的影响。另外,岩体内的地应力释放,使岩体产生回弹变形,岩体结构松弛破裂,岩体力学性质恶化。因此,在永久船闸的开挖过程中,对其进行地应力测量和监测,不仅对边坡整体稳定性分析和安全预报具有重要意义,而且还为制定合理的施工方案,并对边坡的加固处理提供依据。按设计技术要求,地应力测量及其变化监测在永久船闸北坡第四层排水洞内进行,地应力测量和监测的布置如图1所示。按照要求,首先在NB4—7测孔中进行5个测段的绝     

西南某大型水电站拱肩槽边坡开挖的变形响应研究

对在复杂地质条件和高地应力环境下,高达近330m的人工岩石拱肩槽高边坡的研究,尤其是在大坡比、强开挖条件下所表现的变形响应规律的研究具有重要的理论与现实意义。论文通过大量现场跟踪施工的地质调查工作和利用丰富的监测资料的基础上,系统地研究了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现,得到了拱肩槽高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响;随开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减的特征等。开挖后的坡体的变形量较小,变形深度较浅,而且在开挖12~18个月后,变形趋于稳定。这些结论对类似边坡开挖及其稳定性的控制具有重要的借鉴意义。     

浅析山区高等级公路中的边坡工程岩体

随着山区高等级公路建设的飞速发展，各类边坡工程岩体问题也日益增多。从卸荷岩体力学的基本观点入手，探讨了边坡工程岩体的变形破坏特性、稳定性评价方法以及开挖设计理论。研究表明，边坡工程岩体的变形破坏特性完全符合卸荷岩体力学行为，不同于常规的加载岩体行为；边坡工程岩体的稳定性分析计算中必须重视水力学因素和卸荷作用的影响，并得到了有意义的表达式；边坡工程岩体的开挖设计应在充分认识其工程力学性状的基础上，针对边坡岩体地质特性，结合已有各类稳定边坡的资料，进行既经济又可靠的优化设计。     

岩质高边坡卸荷带形成及其工程性状研究

首先针对边坡开挖或河谷下切的卸荷过程, 讨论了边坡应力场的分布, 提出了边坡二次应力的驼峰应力分布规律。在此基础上, 分析了伴随边坡二次应力场的形成, 岩质高边坡卸荷带的形成机理。进-步, 结合三峡船闸高边坡的开挖和监测实践, 讨论了卸荷带的工程地质意义及其力学性状表现。最后, 利用本文的基本观点, 对三峡船闸高边坡卸荷带进行了合理的数值模拟研究。     

上硬下软反倾边坡开挖变形响应的物理模拟

现有上硬下软边坡的研究大都集中在压缩挤出变形的近水平泥岩、页岩基座型边坡变形演化过程,针对倾倒变形的板岩基座型边坡开挖响应研究甚少,本文以西藏玉曲河某水电站厂址边坡为研究对象,根据现场地质调查建立符合坡体实际情况的地质结构模型,采用物理试验的方法模拟原型边坡开挖。通过试验揭示上硬下软反倾边坡在开挖条件下的变形响应特征及破坏模式。研究结果表明:（1）开挖条件下上硬下软型边坡变形破坏过程分为a）下部软岩倾倒弯曲加剧;b）软岩倾倒折断,上部卸荷硬岩沿已有裂隙剪切;c）倾倒软岩滑移,卸荷硬岩剪断岩性分界部位,折断面贯通3个阶段。其变形破坏模式为下部软岩倾倒—上部硬岩剪断组合滑移型破坏;（2）开挖强倾倒区岩体会使下部软岩迅速失稳并促使上部硬岩剪切破坏;开挖引起的反倾上硬下软边坡大变形在短时间内完成,前期变形和能量积累是一个较长的过程;（3）开挖时需避免对坡脚倾倒岩体“大开挖”施工。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了零开挖进洞的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

基于开挖卸荷劣化的边坡岩体宏观力学参数USMR分析评价方法及验证

为研究锦屏某边坡岩体在开挖卸荷条件下的岩体宏观力学参数,对该区砂岩进行室内卸荷试验研究,结果表明：相对于加载试验,卸荷过程中岩样的强度及变形参数发生了劣化,低、高围压下岩石变形及破裂形式也有所不同。为此,在对SMR及CSMR修正的基础上,提出了考虑开挖方式、边坡形态及卸荷损伤的边坡卸荷岩体的评价体系USMR法。基于USMR法对研究区边坡开挖岩体宏观参数（变形模量Em、岩体抗压强度 、岩体抗拉强度 、岩体抗剪强度参数cm和 ）进行了动态分析,并分别考虑了不同围压 及卸荷损伤De条件下岩体参数的劣化规律。分析表明：开挖卸荷过程中岩体宏观参数发生了不同程度的劣化,拉应力区、低应力区和高应力区岩体参数的劣化规律有所不同,拉应力区及低应力区岩体力学参数对开挖卸荷更加敏感。研究结果对边坡开挖卸荷岩体的稳定性分析与评价具有一定指导意义。     

软岩高边坡开挖卸荷变形研究

以大型岩土工程数值分析软件（ADINA）为研究手段,基于卸荷岩体力学理论与方法,对某公路开挖高边坡进行了开挖卸荷分析,综合考虑了初始工况、开挖工况、卸荷工况,加固工况,并与监测数据进行了对比分析,卸荷岩体力学理论考虑了边坡开挖面附近的强卸荷区域以及该区域岩体参数的劣化,计算结果与监测数据吻合较好,进而也验证了卸荷岩体力学理论在边坡开挖计算分析中的合理性。研究成果对边坡的后期运营提供了指导,对其他工程也有一定的借鉴作用。     

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。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或牵引式滑坡。