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。     

某水电站坝基G23挤压蚀变破碎带成因及工程性质分析

G23挤压蚀变破碎带是某水电站坝基的主要工程地质问题。通过对该水电站枢纽区新构造运动及构造体系特征的综合分析,探讨了G23挤压蚀变破碎带的成因机制。基于典型岩样的物相及微形貌试验成果,分析了G23带构造岩的岩性特征,明确了G23带岩体的物理性质及其转变特征,预测了该挤压蚀变破碎带在工程作用下的变化趋势。结合蚀变岩样三轴压缩试验的变形破坏规律,阐述了G23带对工程作用的响应及其对工程的影响。     

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。      

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。     

川藏交通廊道黏土化蚀变岩发育特征及其对大型滑坡的促滑作用

黏土化蚀变岩是在岩浆期后热液作用或后期水热作用下形成的具有不良工程地质性质的特殊地质体.在野外调查、黏土矿物测试和物理力学试验分析的基础上,阐述了川藏交通廊道黏土化蚀变岩的形成条件、区域分布特征、地质特征及蚀变程度的判据,以白格滑坡为例揭示了黏土化蚀变岩对大型滑坡的促滑作用.结果表明,黏土化蚀变岩的区域分布受活动断裂、热液作用和地层岩性控制,常沿侵入岩脉、断裂带、岩浆岩节理密集带、侵入岩体与其他岩层的接触带等部位发育,其蚀变程度按蚀变系数可划分为微蚀变、弱蚀变、中等蚀变和强蚀变4个等级,在干湿交替和松弛条件下极易发生崩解、软化,中等-强蚀变的岩体抗剪强度低.黏土化蚀变岩对滑坡的促滑作用主要体现在强度弱化效应、岩体结构劣化效应及失稳滞后效应3个方面,是促进构造混杂岩带深切河谷斜坡失稳、形成大型滑坡不可忽视的重要因素.      

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。     

锦屏一级水电站工程岩体对穿声波与单孔声波关联性探讨

声波波速作为可以评价岩石(体)致密与坚硬程度、完整程度、嵌合紧密程度等工程地质特性的综合性单一指标,在工程岩体质量检测和固结灌浆效果评价中获得了广泛的应用。锦屏一级前期勘察阶段开展了22000多米平洞与承压板变形模量试验配套的对穿、单孔声波测试,11 400多米钻孔单孔声波测试;施工阶段坝基、左岸抗力体开展了11 000多米单孔声波测试,263孔2 380 m的对穿、单孔声波测试,58点承压板变形模量试验配套的对穿、单孔声波测试。依据不同的统计方法(孔段长度、孔数)分别对两个阶段的对穿、单孔声波测试成果进行分析,研究结果表明:单孔声波波速V_p总体上高于对穿声波波速V_(cp),且V_p/V_(cp)比值在1.05～1.20范围;单孔声波波速和对穿声波波速之间的定量关系,可以采用公式V_(cp)=1.1608V_p-1.0232来描述,且由该式获得的岩体变形模量(E_(o50))与单孔声波波速的相关公式,可用于不同岩体等级的变形模量预测。该研究成果可为类似水电水利工程岩体对穿声波波速和岩体变形模量的预测提供依据。     

断层带岩体变形模量对坝基稳定性影响

变形模量是表征断层带岩体力学性能的一个重要参数,而断层带岩体变形模量与其所处的环境有密切关系。以理论分析和现场试验为基础,以三维数值分析技术为主要研究手段,结合大型水电工程实例,对断层带岩体变形模量对坝基整体稳定性影响进行了分析研究。研究结果表明：大坝建成水库蓄水以后,在未受到库水渗透影响的前提条件下,位于坝基部位的断层带岩体变形模量会有一定程度的增大。断层带变形模量从0.6 GPa一直增加到4.0 GPa,使得断层带岩体所在坝段关键点水平位移降低0.544~0.846 mm、垂直位移降低1.190~2.232 mm、最大拉应力降低0.06 MPa,有利于提高大坝的整体稳定性。     

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。     

东天山吐哈盆地南缘二叠纪幔源岩浆杂岩：中亚地区陆壳垂向生长的地质记录

吐哈盆地南缘土屋铜矿以西侵入泥盆纪火山沉积岩系的海豹滩环状杂岩体,由纯橄榄岩、含长橄榄岩、橄长岩、斜长岩、辉石橄榄岩、橄榄辉长岩、辉长岩和闪长岩等组成,其中蚀变辉长岩中的锆石SHRIMPU_Pb年龄为269.2±3.2Ma,斜长岩中的锆石SHRIMPU_Pb表面年龄为282~287Ma;侵入康古尔塔格碰撞带变形石炭系地层的恰特卡尔塔格杂岩体由蛇纹岩、含橄榄斜长岩、蚀变辉长岩和闪长岩等组成,蚀变辉长岩中的锆石SHRIMPU_Pb年龄为277.0±1.6Ma;侵入大南湖泥盆纪活动陆缘型花岗岩的基性岩墙中的锆石SHRIMPU_Pb表面年龄为271~280Ma,类似的基性岩墙还见于克孜尔卡拉萨依早石炭世花岗闪长岩和土屋铜矿北花岗闪长岩体。上述两个镁铁质—超镁铁质杂岩体不同岩石类型及侵入三个花岗质岩体的基性岩墙的岩石学和岩石化学特征,表明它们都是来自亏损地幔并受到地壳物质混染的岩浆活动的影响,属于东天山吐哈盆地南缘幔源岩浆杂岩带的一部分。结合已有区域地质资料的综合分析,提出了吐哈盆地南缘及天山—准噶尔—南蒙古地区、斋桑碰撞带及其两侧地区、环蒙古—鄂霍茨克造山带地区和中朝陆块北缘—北山南部地区二叠纪岩浆岩带的构造背景与成因机制都存在差异、但都是中亚地区地壳垂向生长的地质记录的新认识。     

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。     

某工程蚀变岩孔隙特征及其软弱程度研究

孔隙作为岩体的初始损伤,对岩体的强度及变形特性的影响尤为明显,而孔隙发育是研究区内一类力学性质较软弱岩石的显著特征。对蚀变岩孔隙特征的研究是了解蚀变岩的软弱程度及孔隙度对其软弱程度的影响的有效方法。针对此蚀变岩进行岩矿及铸体薄片分析得出蚀变岩孔隙有原生、浅表生及构造3种成因,其中以原生为主。从饱水蚀变岩的常规单轴压缩试验应力-应变全过程曲线上求取蚀变岩的饱和单轴抗压强度及割线模量,再与相应试样的孔隙度进行相关性分析,结果显示出蚀变岩的饱和单轴抗压强度及割线模量均随孔隙度的增加而减小,且呈幂函数关系。由于蚀变岩的饱和单轴抗压强度(R c)及割线模量(E s)作为软硬岩评判标准具有一致性,且两者与孔隙度(n)存在较好的相关性,以此将3者共同作为蚀变岩软弱程度的划分标准,并得出软硬岩分界处n为12%、R c为30 M Pa、E s为5 GPa。     

岩体变形模量的尺寸效应

岩土工程中,现场岩体的承压板试验和变形试验可看作是不同尺寸岩体的变形试验。在某工程的现场岩石力学试验中,对同一组试点的岩体先后进行了承压板变形试验和承载力试验,研究了岩体变形模量的尺寸效应,结果表明,岩体变形模量主要受岩体中的裂隙发育状况控制,当岩体质量较好时,可以由承载力试验曲线来确定岩体的变形特性,这一做法具有一举两得的效果。     

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。     

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征研究

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征明显,采用地质调查、钻孔声波测试、内外部变形监测、现场变形试验、钻孔芯样力学试验、压水试验、孔壁录像、钻孔弹模测试等手段进行综合研究,结果表明,边坡岩体可划分为强、弱、微三个卸荷带,强、弱卸荷带岩体力学性质有明显弱化,微卸荷岩体力学性质无明显变化。在卸荷带内未产生新的结构面,但卸荷引起了结构面的进一步扩展和张开。岩体变形是结构面张开和岩块变形的综合反映,主要受开挖卸荷影响,锚索对于限制结构面张开作用明显。     

某水电站右岸软弱岩带对坝肩稳定影响的FLAC3D分析

某水电站右岸软弱岩带发育，坝基岩体质量较差。采用FLAC^3D分析表明，在大坝荷载或大坝＋库水荷载作用下，右坝基（肩）变形总量及其与左坝肩变形差异均较小，右坝肩变形随时步衰减较快。结合坝基地质条件分析，右岸软弱岩带不会导致坝肩变形失稳。     

蚀变岩工程分级与物理力学性质研究

在岩石工程中,蚀变作用通常会引发各种工程地质问题。以新疆北部某深埋长隧洞中蚀变岩为对象,研究了蚀变岩的微观特征和物理力学性质,并对蚀变岩隧洞段进行了数值模拟。结果表明岩石蚀变类型为黑云母的绿泥石化和钾长石的黏土化,利用蚀变岩中绿泥石含量与黏土矿物含量提出了蚀变指数概念,并结合蚀变岩的宏观表观特征,对其进行蚀变程度分级。随着蚀变程度的增加,岩石的吸水性、孔隙率随之变大,块体密度、饱和单轴抗压强度、弹性模量、变形模量大幅度降低。工程实例模拟发现,随着岩石蚀变程度的增强,隧洞围岩位移明显增大,揭示了蚀变作用对围岩变形破坏有很大影响。研究成果对蚀变岩地区类似工程具有一定的参考价值。     

综合物探检测在岩体质量等级定性与定量评价中的应用研究

我国经济高速发展极大地带动了西部水电工程资源的开发,在水电工程建设中,枢纽区岩体质量等级的评价是工程建设的基础,系统、准确评价坝址区岩体质量等级对工程建设具有指导意义。首先采用地震层析成像法、单孔声波法、钻孔变模法等物探方法的测试结果,对锦屏一级水电站坝基岩体质量等级进行定性和定量分析研究,并建立其相互关系;再运用钻孔全景图像成果验证了岩体分级的合理性。研究成果表明,综合物探方法可定性和定量评价水电站岩体质量等级,对类似工程具有可借鉴性。     

天池抽水蓄能电站上坝址趾板建基面优化研究

通过现场调查结合勘测资料分析了天池抽水蓄能电站上坝址蚀变岩体的分布规律;利用薄片鉴定、电镜扫描及X射线粉晶衍射分析试验对蚀变岩体进行了岩石成分和化学成分分析,研究了蚀变作用的地质成因、蚀变机理,结合室内试验获得了蚀变岩的物理力学指标;利用FLAC3D软件对不同工况、不同高程河床蚀变岩趾板建基面进行了数值分析计算.研究结果表明：在左岸和右岸由于强风化下限埋深不大,建议挖除,趾板建基面选择在中等风化的中条期混合花岗岩上;控制坝基变形的主要地质因素是存在于坝基范围内的断层破碎带F25断层以及断层周围由于蚀变造成的砂状岩芯,对大坝沉降影响不利;河床蚀变岩趾板建基面优化数值模拟研究表明,河床部位以在930～950 m之间作为趾板建基面是适宜的.