白鹤滩水电工程左岸玄武岩层间错动带渗透破坏预测与防治模拟

金沙江白鹤滩水电工程坝区发育有数条规模较大的、对工程有直接影响的玄武岩层间错动带。错动带内充填碎屑夹泥,当大坝建成蓄水之后,在高水头差下容易发生渗透破坏,可能影响坝区水工建筑物运行的安全和稳定。针对厂坝区的地形地貌、地质结构、大坝水工建筑物和防渗排水系统的设计布置特点,建立了坝区左岸三维有限元精细模型。并采用插值拟合的方法确定特定断面边界的地下水位,计算模拟了运行期白鹤滩电站左岸坝区渗流场的变化规律和水力梯度场的分布,并结合在现场开展的错动带的渗透破坏试验数据,确定了错动带的允许水力梯度,评价错动带内渗透破坏的可能性。研究结果表明:现有的渗控措施在坝区形成了明显的降落漏斗,地下厂区防渗排水系统效果良好,渗压得到了有效控制。然而C2错动带内部分区域的水力梯度超过允许水力梯度,可能会发生渗透破坏。提出设置截渗洞和加强帷幕的防治措施,并模拟验证了这一措施可以较好地截断渗漏通道,保障厂房安全稳定运行。     

白鹤滩层间错动带微结构特性及其化学改性初探

白鹤滩水电站层间错动带结构疏松、性状软弱、空间展布范围大、力学强度低,严重影响着地下厂房洞室的稳定性。为了揭示并改良层间错动带的力学特性,首先通过矿物成分分析试验、扫描电镜试验和压汞试验,从微观结构角度对层间错动带的矿物组成特征、颗粒排列规律、孔隙分布规律进行了详细的研究,阐明了层间错动带的微观结构特性及其对灌浆材料选择的影响,进而开展了层间错动带化学溶液浸泡对比试验。试验表明,硅酸钠溶液可以有效改善层间错动带的完整性,明显提高层间错动带的弹性波速、抗压强度、弹性模量和凝聚力。其研究结果对白鹤滩层间错动带的工程加固和改性设计具有一定的借鉴意义。     

白鹤滩水电站枢纽区重大工程地质问题及对策研究

白鹤滩水电站位于四川省和云南省交界,是目前世界在建规模最大、单机容量最大的水电站,建成后是仅次于三峡的世界第二大水电站。本文系统梳理了白鹤滩水电站枢纽区勘测设计过程中面临的主要工程地质问题,包括：区域构造稳定问题,坝址不对称强卸荷发育,层间层内错动带发育以及柱状节理玄武岩发育等问题;并针对上述主要工程地质问题,提出了相应的工程对策和处理措施,比如：通过合理调整枢纽布置并加强边坡和洞室的针对性支护的方法,解决强卸荷和层间层内错动带对坝基、边坡和洞室稳定造成的影响;采用拱坝结构适应性设计联合开挖变形综合控制措施,解决柱状节理玄武岩作为坝基岩体的相关问题等。白鹤滩水电站作为典型的高坝大库水电工程,其相关研究成果可为后建重大工程的勘测设计提供有益参考。     

含层间错动带岩体的破坏模式及其剪切特性研究方法探讨

层间错动带存在的普遍性,给世界上许多工程带来了岩体稳定性问题和地质灾害。通过对因层间错动带导致工程岩体结构变形失效或破坏的实例进行归纳总结,采用岩体结构控制理论的观点将含层间错动带的岩体的破坏模式分为拉裂破坏、掉块和层间剪切滑移破坏3大类。以此为基础,提出剪切力学模型是层间错动带力学模型研究的重点。对层间错动带剪切力学特性的现有试验方法和建模理论进行评述,并根据现有的研究基础,提出屈服面蠕变模型是当前层间错动带剪切蠕变模型的较好选择。     

大光包滑坡层间错动带岩体剪切特性研究

大光包滑坡滑带发育于构造作用形成的层间错动带中,带中岩体由上而下碎裂化程度增加,且底部存在一层泥化带。本研究选取大光包滑坡层间错动带中不同层位的碎裂岩体,共计进行18组中剪试验;此外,选取错动带中泥化带及临近的糜棱质带岩体进行了不同含水率下的42组快剪试验。试验结果表明:层间错动带碎裂岩体的剪切特性同碎裂程度有关,碎裂程度较低的岩体应变软化特性更明显,碎裂程度较高的岩体抗剪强度则更差;糜棱质带土体抗剪强度和内摩擦角一般大于泥化带土体,且剪切特性受地下水的影响小于泥化带;泥化带土体的抗剪强度和黏聚力随含水率的升高迅速降低,其内摩擦角与含水率呈负相关的指数关系,在地震过程中,随着岩体扩容引起地下水入侵,泥化带的抗剪强度会大大降低。研究结果对理解大光包滑坡滑面发育层位和地震中含水率上升及错动带岩体进一步碎裂化对滑带岩体抗剪强度的影响有重要意义。     

层间错动带水力耦合抗剪强度特性演化规律研究

层间错动带具有延伸规模大、物理力学性质较差等特点。水库蓄水后,水位抬升使层间错动带受到较大的水压力。在高水压力作用下,层间错动带的抗剪强度及其演化规律,尚待开展试验研究。采用新研发的HMSS-300型现场结构面水力耦合直剪试验系统,针对溪洛渡水电站的层间错动带进行了不同水压力-应力耦合作用下的直剪试验,探讨了层间错动带水力耦合作用下的抗剪强度特征及其变化规律。研究结果表明：水力耦合作用下,层间错动带抗剪断过程的剪应力-剪切位移曲线具有明显的峰值,法向位移随剪切位移的增加大多表现出先剪胀后剪缩的特征。层间错动带的有效内摩擦角随水压力的升高而降低,二者呈负指数关系;有效黏聚力也随水压力的升高而降低,二者同样呈负指数关系。在0～2.0MPa水压力条件下,层间错动带有效内摩擦角劣化程度为7%～22%,有效黏聚力的劣化程度为32%～93%,表明水压力的增加对层间错动带的有效黏聚力影响更加明显。在不同法向荷载-水压力耦合作用下层间错动带呈现出剪切滑移破坏模式与中、细角砾岩颗粒的剪断-滑移混合破坏模式。在水力耦合条件下,黏土矿物的软化、膨胀与水侵入层间错动的颗粒之间以及黏土矿物的结构单位层之间形成水...     

层间剪切带工程地质专家系统

本文介绍了能够解决层间剪切带灾害工程地质问题的一个实用型专家系统．它的建造是以该领域三位著名专家的知识为基础，应用人工智能分支－－专家系统的理论和方法，模拟领域专家解决问题的工作流程和思维策略，用ＧＣＬＩＳＰ（混用ＦＯＲＴＲＡＮ及ＦＯＸＢＡＳＥ）编制成的程序系列，能够代替人类专家解决实际问题．     

高压力下原状层间错动带三轴不排水剪切特性及其影响因素分析

针对某大型水电站揭露的原状层间错动带试样,模拟现场快速施工可能会产生的不排水边界条件,在围压5～30 MPa的高压力条件下开展了不固结不排水三轴试验,并结合试样物理性质的差异,分析讨论了原状层间错动带的力学特性。试样试验曲线和破坏模式主要由高围压控制：其应力-应变关系曲线均为应变硬化型且破坏后呈腰鼓状为塑性破坏。此外,较湿颗粒发生了大规模的颗粒破碎,其是造成高饱和度试样强度包线的趋势线随围压降低的根本原因。试验结果明显受物理性质影响造成了试验数据离散性,敏感性分析表明,围压P和饱和度 对初始弹性模量 和破坏强度 的影响最大,其次是孔隙比e,颗粒粒径（ ）分布对其影响程度最小。根据试样剪切特性建立的强度特征（ 和 ）初步预测公式可供实际工程参考。     

基于动三轴试验的层间错动带动孔压特性及能量分析

2008年汶川地震触发的大光包滑坡滑带形成背景是渗水层间错动带,该带强度变化是决定滑坡启动的主要因素,动孔压发展是土体材料强度劣化的根本原因,故基于系列室内动三轴试验研究该带材料孔压特性。结果表明,动载下层间错动带材料孔压快速增长,循环剪应力比越大,孔压增长越快,不同荷载条件下应变达到5%时动孔压比等于1,材料液化,根据动孔压比与振次比曲线的拟合关系提出幂函数应力模型。从能量角度描述层间错动带材料孔压增长特性,揭示出循环剪应力比对累积能量耗损与动孔压比曲线影响较小而围压对其影响较大,并进一步提出孔压增长的能量模型。     

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。     

超大型地下洞室高边墙围岩变形影响特性研究

高边墙围岩稳定是超大型地下洞室施工期关注的重点。基于工程监测资料,探究了白鹤滩水电站左岸地下厂房高边墙围岩变形演化分布规律及破坏机制。研究表明：在垂直方向上,开挖面距离在10 m范围内边墙卸荷响应强烈,该阶段围岩变形约占总变形量的50%～55%;在洞轴方向上,开挖影响集中在2倍洞跨范围内,该区域内变形约占总变形量的97%;在结构面发育部位前后围岩变形的分异量较大,且由于软弱夹层的柔塑性,围压解除后错动带应变能释放是一个缓慢的过程,时效剪切特征明显;发掘并总结逐层下挖过程中高边墙围岩应力状态的演化规律,并划分为应变能积聚、释放、应力调整及趋稳4个阶段。该研究成果可为工程支护设计提供一定支撑,并供同类工程参考。     

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。     

杨房沟坝址高边坡工程地质特征及稳定性评价

为掌握杨房沟坝址高边坡稳定性情况及治理措施,采用现场调查及室内分析计算方法对河谷高边坡岩体工程地质特征及稳定性展开了全面研究。得出以下结论:高边坡花岗闪长岩可划分为块状、次块状及镶嵌结构等类型;边坡岩体质量从坡面向内分别为Ⅲ2、Ⅲ1、Ⅱ类,Ⅳ类岩体很少;天然边坡存在松动张裂、楔形体滑动及崩塌等破坏形式,控制性结构面为顺河向卸荷裂隙;从河谷演化角度通过数值模拟方法分析现今边坡应力分布、塑性区范围、变形规律及总体稳定性,认为坝址区天然边坡整体稳定性较好,降雨或地震等不利条件边坡可能存在浅部块体滑移失稳。     

某水电站坝基挠曲破碎带工程力学特性试验研究

膝状挠曲破碎带是某水电站坝基的主要工程地质问题。破碎带岩性为完整性较差的碎裂、碎屑软弱砂岩,并呈现孔隙式胶结接触,其工程力学特性对坝基变形和稳定存在巨大影响。基于破碎带砂岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差等特点,首先开展了基本物理特性试验分析,认为岩石微细观结构复杂、渗透特性较好,属小孔隙率砂岩。其次,开展了室内常规和现场力学特性试验研究;最后,在宏观力学参数确定的基础上,探讨了破碎带对工程作用的响应及影响。结果表明,破碎带岩石内部结构破坏严重,矿物成分主要为石英、长石、绢云母等,化学成分以SiO2为主,但化学侵蚀并不显著。常规剪切曲线呈现出明显的4阶段特征,三轴压缩试验破坏机制为塑性剪切破坏,表现出强度低、延性扩容明显、出现屈服平台等特征,且碎裂岩强度略高于碎屑岩;现场试验表明岩体变形均匀,变形模量较低,处于60～630 MPa;地基承载力处于0.8～2.3 MPa。研究成果对该水电站坝基工程有重要的参考价值。     

西南某水电站坝址区风化花岗岩工程地质性质分析

文章对西南某大型水电站坝址区深厚层全风化和强风化花岗岩进行研究。将全、强风化花岗岩物理、水理及力学性质与新鲜岩体相应性质进行比较,并分析了花岗岩风化后吸水性增大、岩体软化、抗压抗剪强度减小的成因。对强风化花岗岩与新鲜花岗岩抗压强度进行了比较;拟合了风化花岗岩弹模、变形模量值与新鲜花岗岩相应模量的变化百分比关系曲线。研究结果表明：强风化花岗岩的干抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/3,湿抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/5;岩体弹性模量和变形模量与岩体的风化程度成反比例线性关系。     

陕西宝鸡市三趾马红土工程地质特性及灾害效应

陕西宝鸡市渭河北岸地区厚层黄土底部普遍存在一套三趾马红土,其物理力学特性控制着滑坡灾害的发生。通过试验分析发现：①三趾马红土粘粒含量高（一般在37%~55%之间）、蒙脱石或伊利石/蒙脱石类膨胀性粘土矿物含量大（相对含量55%~75%,绝对含量21.99%~33.98%）、有效蒙脱石含量为18.61%~27.56%,比表面积平均值为204.7m2/g,最高达262.9m2/g,属于膨胀性粘土,物理化学活性强;②三趾马红土微裂隙发育、胶结程度差、易崩解,天然状态下为坚硬粘土,饱水后呈现可塑—软塑态,具显著膨胀性;③三趾马红土的天然强度相对较高,而遇水饱和后,粘聚力和内摩擦角明显降低,峰值强度和残余剪强度降幅在47%~63％之间。因此,三趾马红土在地下水作用下强度显著降低,成为高陡斜坡中的软弱地层,形成剪切带,控制着渭北黄土塬边地区滑坡的发育与分布。     

小山水电站引水隧洞不良地质条件洞段施工及支护措施

松江河梯级电站小山水电站引水隧洞工程,属于Ⅳ类围岩洞段占洞长近一年,在施工中多次发生塌方,广大技术人员经过现场调查、分析,采用合理的施工方法和支护措施,终于按期全线贯通。本文简要介绍了小山引水隧洞在施工中的经验和教训,对进一步工作具有指导意义。