乌东德水电站左岸拱座长大结构面工程地质特征及其影响研究

拱坝所承受的荷载大部分都通过拱的作用传到两岸拱座岩体,拱坝所具有的一切优点都是建立在拱座稳定的基础上的,因此拱座是确定拱坝稳定的关键部位,拱座变形及抗滑稳定问题是拱坝建设中的关键工程地质问题之一。乌东德水电站左岸拱座在开挖过程中揭露两条长大结构面。本文从工程地质条件着手,在可研阶段的研究基础上,布置专项勘探,并充分利用施工揭露,查明了结构面的空间分布特征;利用大比例尺编录及物探测试,实现了结构面充填物性状的定量化研究;在此基础上,结合工程地质评价及数值计算分析结构面对拱座稳定性的影响。研究结果表明,这两条结构面为典型灰岩地区后期溶蚀作用改造前期构造痕迹形成的溶蚀性小断层,充填物以钙质胶结为主,胶结紧密,局部溶蚀性状较差,充填物中软弱物质断续分布,多为坚硬岩体直接接触;受其空间分布特征影响,结构面会引起拱座岩体局部应力集中,但对拱座抗滑稳定性无影响。所获得的成果基本形成了拱座岩体长大结构面工程地质特征及其影响研究的系统方法,可应用于现场实际工程,对拱坝的勘测、设计等具有重要的理论和实践意义。     

基于三维裂隙网络的裂隙岩体表征单元体研究

岩体表征单元体（REV）的研究一直是岩土工程中的重要问题。裂隙岩体REV是其内部复杂结构在尺寸效应上的体现,归因于岩体内裂隙系统的随机性。在三维网络模型的基础上通过计算体积节理数建立了确定岩体REV的方法。这种方法考虑了岩体内裂隙的三维空间密度的特征,采用体积节理数这一参数的收敛状况确定岩体REV的大小。建立了实际岩体的模拟裂隙系统,用一定大小的立方体来分割裂隙系统,统计不同立方体内的体积节理数,并将均值作为最终裂隙岩体的参数。将此参数作为裂隙岩体的属性,通过判别其收敛状况获得了岩体REV的尺寸。考虑了岩体不连续面的特征,建立了REV的分析模型,得出工程岩体的REV的尺寸是裂隙平均迹长的4倍的结论。     

节理连通率对岩体力学特性影响的细观研究

采用等效岩体（ERM）技术,将节理和岩块分别用光滑节理模型及颗粒体模型表征,构建含不同节理倾角、连通率的等效岩体模型。结合试验结果,从细观力学角度开展单轴压缩条件下节理连通率对岩体强度、破裂机制、能量演化等力学特征影响的定量研究。研究发现,当节理方向与加载轴向呈一定夹角时,岩体表现出沿岩桥连线方向的贯通破坏趋势,尤其当节理倾角? = 30°,连通率L = 0.8时,岩体破坏表现出岩桥复合贯通破坏模式。在该类节理倾角(? = 30°)条件下,随节理连通率增大,岩体表现出的主要力学特征为：（1）峰值抗压强度呈不断降低趋势;（2）微破裂总数不断下降,但张拉型微破裂所占比例逐渐提高。微裂纹进一步集中在不同层间节理尖端岩桥连线上产生;（3）声发射（AE）事件产生时间在整个加载阶段逐渐分散,声发射事件总数及破裂强度分布范围、均值、标准差等均不断减小;（4）峰值应变能及峰后应变能、动能变化率降低,峰后摩擦能增速放缓,试样破坏所需的外界做功逐渐降低。     

基于裂隙连续方法的三维裂隙岩体渗流传热数值模拟

模拟裂隙岩体渗流传热的主要困难在于岩体各种尺度上的非均质性。为了兼顾裂隙岩体渗流传热过程模拟的效率和精度,将二维裂隙连续方法拓展到三维问题中,应用深度优先搜索算法挑出对网格块渗透性有贡献的有效裂隙,综合考虑有效裂隙和岩石基质作用给出网格块的等效渗透率张量,采用Matlab对COMSOL Multiphysics有限元软件进行二次开发,生成由不同渗透率网格块组成的三维裂隙连续模型。数值模拟结果表明：裂隙连续模型结合了随机连续介质模型和离散裂隙模型的特点,既能避免处理裂隙网络的复杂性,又能考虑岩体渗透率的空间变异性,兼顾了模拟效率和精度;当岩石基质渗透率与裂隙渗透率比值的数量级在10^-4～10^-6范围内时,有效裂隙网络模型的流量计算误差会超过5%。     

裂隙岩体边坡稳定性分析方法

岩石边坡，尤其是裂隙岩体边坡稳定性分析应考虑岩体中结构面的产状、性质和发育程度。对随机发育的岩体结构面，赤平极射投影是确定优势结构面及分析边坡潜在破坏模式的基础。以某电厂高100m以上岩石高边坡为例，介绍了采用赤平投影图解法及极限平衡法，进行岩体边坡稳定性分析的方法。     

三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法

岩体中的裂隙分布具有随机性,且渗流主要通过裂隙面进行。运用蒙特卡罗法模拟生成岩体中的随机裂隙面,基于矢体的概念,实现了包括凹块体和多连通体在内的三维随机裂隙岩体的块体单元自动识别。假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行,建立了三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法。通过算例分析,验证了所提方法的准确性和有效性。     

基于GIS技术的岩体裂隙分形特征研究

基于GIS技术,对我国高放废物地质处置库预选区岩体裂隙测量数据进行可视化处理,计算反映岩体裂隙发育情况的分形特征参数,并应用于工程岩体质量评价。为岩体裂隙的定量化与模型化研究提供了新思路。     

冻结饱水单裂隙岩体力学特性试验研究

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式（3）可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1～0.8 mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。     

不同连通率断续节理岩体直剪破坏特征

采用水刀切割加工灰岩原样,开展含Z型相交裂隙试样的室内直剪试验,系统地研究了剪应力-剪位移曲线,分析了预制裂隙倾角和法向应力对含Z型相交裂隙试样强度、变形及裂纹扩展的影响,并阐明了含Z型相交裂隙试样破坏演化机制。研究表明：①剪应力-剪位移曲线可分为预制裂隙(孔隙)压实阶段(初期下凹)、准线性变形阶段(中期线性波动)、峰前不稳定断裂发展阶段(后期上凸)及峰后强度残余阶段(陡降)4个变形破坏阶段;②相同裂隙倾角下裂隙岩体的峰值剪应力随法向应力增大而增大(近线性),且相同法向压力下裂隙岩体的峰值剪应力随裂隙倾角增大而减小(趋势渐缓);③裂隙宏观损伤裂纹演化过程可分为初始压密弹性阶段、裂纹扩展增长阶段及贯通断裂破坏阶段,且其破坏模式包括拉伸破坏、剪切破坏及拉剪混合破坏(拉伸-剪切贯通和剪切-拉伸-剪切贯通)。     

乌东德水电站特高拱坝施工期坝基岩体质量工程地质评价

特高型拱坝坝拱座岩体承受的荷载巨大,坝基岩体质量是拱座稳定的关键,在施工期如何准确评价坝基岩体质量,是拱坝建基岩体工程地质研究的重要问题。本文以工程地质条件研究为基础,从岩性、岩体结构分布着手,研究建基岩体工程地质特征;以现场、室内试验、声波测试为依据,建立坝基岩体质量评价标准。对乌东德拱坝施工期揭露的建基面岩体进行质量划分,研究发现：乌东德拱坝建基岩体质量优良,以Ⅱ级岩体占绝大多数,少量Ⅲ₁级岩体,极少量Ⅲ₂级岩体,与可研成果高度吻合;建基岩体满足岩体质量与声波验收要求,岩体质量空间分布较连续,且相对均匀,有利于承受拱坝推力。     

白鹤滩水电站坝区岩体深部破裂特征及成因机制

白鹤滩水电站坝址区岸坡深部发育大量既非构造成因、又区别于常规卸荷裂隙的深部破裂,有关此类特殊地质现象的成因机制及其对工程的影响已成为水电站建设亟需解决的问题.以深部破裂现场精细描述为基础,总结深部破裂基本特征与发育分布规律,结合构造演化、河谷演化及浅生改造理论,辅以现场地应力测试及测年成果,采用地质过程机制分析方法,还...     

乌东德水电站左岸拱肩槽边坡稳定性

在对拱肩槽自然边坡工程地质条件详细调查的基础上,采用宏观地质分析和极限平衡法、数值模拟法相结合的研究手段,分层次对乌东德水电站左岸拱肩槽人工边坡整体稳定和局部稳定性进行了系统研究。研究表明乌东德水电站左岸拱肩槽边坡整体稳定性较好,三维离散元数值模拟结果显示,人工边坡变形以少量回弹变形为主,变形特征不突出,稳定性系数为1.4~1.6。在分析边坡开挖后可能形成的块体边界条件基础上,提出了人工边坡可能出现的块体失稳模式,以影响块体稳定性的结构面几何特征、结构面性状和结构面卸荷松弛张开特征入手,建立块体稳定性工程地质评价标准,对块体稳定性进行了宏观地质分析,并采用三维刚体极限平衡方法对可能产生的块体模型进行了计算分析,得到块体开挖后的稳定系数。结果表明,人工边坡可能出现块体多处于基本稳定状态。综合整体稳定性和局部稳定性研究成果,提出人工边坡加固方案建议。研究成果为工程设计与施工提供了重要依据,并对类似工程提供了可以借鉴的经验。     

Study on Creep Characteristics and Constitutive Model for Thalam Rock Mass with Fracture in Tunnel

In the each loading stage, strain and creep strain occurs instantaneously on the axial and lateral of fractured. Instantaneous strain leads to the 80% overall specimen deformation. The axial strain is about 2–3 times larger than the lateral strain. Instantaneous strain completed time and deformations under each loading stage decrease when the loading time increases. With the increasing of loading, axial strain and lateral strain of fractured phyllite present the approximate linear curve growth change. With increasing of axial stress, the relationship between the lateral strain and axial strain transform from the linear increased trend to the index increased trend. With the increasing of moisture content, the axial deformation and lateral deformation of fractured phyllite increase. The curves of axial strain and lateral strain under soaked for 10 and 15 days condition are similar. The modified Burgers model can describe each creep stage of fractured phyllite which have high fitting precision, less fluctuation and high reliability. Therefore, modified Burgers model can provide an effective way to analyze the creep characteristics of fractured phyllite.     

新疆萨吾尔地区扎合岩体地球化学特征及构造意义

扎合岩体位于哈萨克斯坦-准噶尔板块北缘,属于萨吾尔晚古生代岛弧带,岩石类型以花岗闪长岩为主。笔者通过对该岩体的岩石地球化学、岩石类型、岩浆源区、构造背景研究表明,扎合岩体属于钙碱性系列侵入岩,在岩浆演化过程中没有明显的分离结晶作用且分异程度不高,暗示其原始岩浆的来源可能为上地幔,形成环境为后碰撞阶段的挤压环境;扎合岩体地球化学特征的确定为晚古生代西准噶尔地区地壳的垂向增生以及后碰撞岩浆活动的研究提供了新的证据。     

Estimation of Fracture Geometry Parameters and Characterization of Rock Mass Structure for the Beishan Area, China

The accurate estimation of fracture geometry parameters and the characterization of rock mass structure are two important topics in the geological disposal system of high-level radioactive waste(HLW). The Beishan area, as the current preselected area for China’s HLW disposal, has three subareas considered to be the key survey area at the stage of site selection. In this paper, a comprehensive survey method conducted on the outcrop is developed to estimate fracture geometry parameters. Results sh...     

Rock Mass Characteristics in Beishan, A Preselected Area for China’s High-Level Radioactive Waste Disposal

Geological and hydrological characteristics, joint geometric features, rock physical and mechanical properties and rock mass quality are studied in the Beishan area, preselected for China’s high-level radioactive waste (HLW) disposal engineering. A comprehensive survey method is developed to study joint geometric features in the outcrop and samples from borehole BS06 into the Xinchang rock mass were tested. The optimal joint sets are determined by rose diagrams and equal-area lower hemisphere plots of joint poles. Results show that: 1) the distribution of joint occurrence obeys a normal distribution, while the distribution of joint spacing obeys a negative exponential distribution; 2) concentric circular and tangent circular sampling windows are applied to study the trace length and the trace midpoint density. Results indicate that tangent circular sampling window is more stable and reasonable; 3) Beishan granite shows high density, low porosity and high strength based on many laboratory tests and the physical properties and mechanical properties are closely related; and 4) a synthesis index, Joint Structure Rating (JSR), is applied to evaluate the quality of rock mass. Through the research results of rock mass characteristics, the Xinchang rock mass in the Beishan preselected area has the favorable conditions for China’s HLW disposal repository site.     

基于三维激光点云技术的岩体结构面智能解译

准确、高效、全面获取岩体结构面信息,对岩体的稳定性分析有着重要的意义.采用三维激光扫描设备进行岩体数据采集,基于岩体点云模型提出了结构面自动识别方法.通过对Ransac算法进行改进,引入了新的采样方法和评分准则,大大提升了Ransac算法的计算效率和提取精度,使之更好地适应粗糙不平的岩体点云数据;基于改进的Graham...