利用钻孔崩落数据再认识白鹤滩右岸地应力场特征

白鹤滩水电站是仅次于三峡水电站的第二大水电站,位于中国西南地区川滇菱形块体内的金沙江上。通常地壳应力状态是影响地下工程安全的重要地质因素,对地下硐室稳定性分析具有重要意义。在水电站右岸厂房建设过程中,为了水电站的长期安全运营,采用超声波井下电视录井测试系统对白鹤滩右岸厂房锚固洞内7处钻孔进行测试,基于钻孔崩落数据计算了现今白鹤滩右岸厂房区域上方工程岩体的主应力方向。研究结果表明：白鹤滩右岸厂房区域最大水平主应力（SH）方向为北北东—南南西方向,主要受到构造应力、自重应力、河流剥蚀作用以及岸坡卸荷作用的共同影响,属于局部构造应力场。     

大岗山水电站地下厂房区三维地应力场反演分析

初始地应力场是地下厂房工程设计和稳定性分析的重要依据,通常工程区实测地应力点较少,必须在有限的地应力资料基础上,采用反演分析方法获得整个工程区地应力场。结合大岗山水电站地形地貌条件和地质结构特征,基于地下厂房区地应力实测资料,研究了地下厂房区地应力场分布特征;在此基础上,采用有限元数学模型多元回归方法,进行了大岗山水电站地下厂房地应力场三维反演分析研究,获得了地下厂房区域地应力分布规律和影响因素的认识。结果表明,大岗山工程区地应力场分布受构造应力、地质构造和地形地貌的综合影响,岩性对地应力影响较小,岩脉与断层影响显著;在地下厂房区最大水平主应力 、最小水平主应力 、铅直向应力 关系为 ,地应力量值中等,侧压力系数垂直厂房轴线方向为0.5～0.6,轴线方向为1.1～1.3     

高地应力条件下边坡岩体卸荷变形的两种表现形式研究室

本文简要介绍了高地应力地区水电高边坡工程中人们十分关注的两个工程地质与岩石力学问题：锦屏一级水电站边坡大范围岩体卸荷松动和小湾导致坝基(肩)岩体开挖快速卸荷问题。作者认为锦屏一级水电站左岸边坡大范围松动变形仍然是自重和构造复合应力场卸荷作用的结果,边坡的规模大、坡度陡,以及高水平构造应力是导致大范围卸荷松动变形的重要因素;小湾电站坝基(肩)岩体开挖过程中出现的坚硬完整岩体板裂、拱裂和葱剥皮等一系列新破裂现象是在高地应力作用下,由于开挖导致垂直坡面应力卸荷,增大边坡表面岩体主应力差和剪应力而引起的快速破裂行为,并通过破裂完成了顺坡面的最大主应力的卸荷,卸荷破裂主要集中在开挖面附近5～6m深度范围内。     

藏东南某大型水电站工程区地应力状态及反演分析

某水电站作为西藏易贡藏布流域的控制性调节工程,对满足西藏电网的用电需求发挥重要作用。为查明该水电站现今地应力环境,掌握地下厂房、引水隧洞等关键位置地应力分布特征,保障其工程安全,文章综合考虑工程区构造地质背景、岩体条件等,通过布设钻孔开展水压致裂法地应力测量工作,获得4个测点（8个孔）的地应力数据;依据现有地质条件,建立有限元三维地质模型;通过测得的应力状态,获得加载条件,进行工程区应力场反演分析。结果表明：二维地应力测试结果显示最大水平主应力为4.17～16.93 MPa,三维地应力测试结果显示最大主应力为14.20～16.23 MPa,最大水平主应力方位为NE 38°～NE 47°,现今构造应力场以北东向为主导;电站地下厂房区域2995 m高程水平面最大主应力σ1应力值为11.70～12.12 MPa,中间主应力σ2应力值为9.81～10.74 MPa,最小主应力σ3应力值为5.22～6.85 MPa;引水隧洞沿线最大主应力值σ1为11.8～14.05 MPa,中间主应力值σ2为10.13～12.83 MPa,最小主应力值σ3为4.56～8.49 MPa;该水电站地下厂房轴线方向和引水隧洞轴线方向与实测最大主应力方向呈小角度相交,地应力场对工程洞室的稳定性有利。后期施工过程中应综合考虑实际地质情况,采用适宜的隧洞施工技术并加强施工监测,从而确保工程安全建设。     

地下洞室分期开挖应力扰动特征与规律研究

针对地下洞室开挖扰动分析中常忽略应力主轴旋转以及应力扰动无法量化的现状,以大岗山水电站地下厂房为研究实例,根据主应力方向与洞室横断面及洞轴线之间的几何关系,定义了描述应力主轴旋转的特征角。研究表明,洞室开挖引起了顶拱和边墙不同程度的应力释放和主方向旋转,围岩主应力均在开挖当期卸荷强烈,主应力方向在开挖当期和后继一个开挖期中旋转强烈,且顶拱和边墙部位主应力方向调整具有一定的共性,表现为最小主应力方向最终近似垂直于洞室开挖面,而最大主应力与中主应力方向则近似在平行于开挖面的平面内调整。在此基础上,考虑应力主轴旋转影响,定义应力扰动指标SDI作为描述洞室围岩应力场扰动程度的力学表征量,研究了大岗山水电站地下厂房围岩应力场扰动的时间演化过程和空间分布特征,并将数值模拟得到的强应力扰动区与现场测试的开挖损伤区进行了对比分析,相关认识和结论具有一定理论和工程意义。     

FLAC应用于岩质高边坡的稳定性分析

针对岩质高边坡的稳定性采用差分方法进行分析,通过对原始边坡和开挖后边坡的比较,岩质高边坡的破坏方式为旋转剪切滑动,滑动面为圆弧形的,应用圆弧法计算边坡稳定性。位移场分析得出,边坡的水平位移和竖直位移均比较大,位移区分层明显。应力场分析结果表明,原始边坡最大主应力和最小主应力方向主要为垂直向下,在坡角处,最大主应力和最小主应力发生了明显的偏转;开挖后,最小主应力在坡脚处出现应力集中,最大主应力不明显,坡顶和坡面一定厚度的岩体处于应力区,坡面一定厚度的岩体向着临空面滑移。     

多松多水电站厂房后反倾高边坡变形机制的探讨

通过对碌曲县多松多电站厂房后反倾高边坡的工程地质勘查、室内外测试试验及模拟分析,对其变形机制有了进一步的认识。认为多松多水电站厂房后反倾高边坡变形是洮河河谷快速下切过程中岩质边坡发生浅部卸荷松弛,同时在自重弯矩的作用下,反倾高边坡开始向临空方向“点头”,并逐渐向坡内发展而形成。     

多松多水电站厂房后反倾高边坡变形机制的探讨

通过对碌曲县多松多电站厂房后反倾高边坡的工程地质勘查、室内外测试试验及模拟分析,对其变形机制有了进一步的认识。认为多松多水电站厂房后反倾高边坡变形是洮河河谷快速下切过程中岩质边坡发生浅部卸荷松弛,同时在自重弯矩的作用下,反倾高边坡开始向临空方向“点头”,并逐渐向坡内发展而形成。     

贵州思林电站AE法与套心法地应力测量结果的比较

为了研究思林电站地下厂房区地应力状态,作者采用声发射法(AE)和现场套心应力解除法对拟建的思林电站进行地应力测量。声发射法测得最大主应力值为15.9MPa,套心法测得的最大主应力方向为NE 70.9°,最大主应力值为16.03MPa,表明在同一测点用两种不同的测量方法所测的结果一致。     

甘肃某水电站的水压致裂三维地应力测量

本文详细介绍了常规水压致裂方法的测量程序以及三孔交汇法三维地应力测量的原理。同时为查明某水电站的三维地应力状态,在厂房附近的交通洞内开展了两个测点的三维地应力测量。测量结果表明:三个主应力的大小表现为S_HS_hS_v,有利于逆断层的活动,这与测孔附近发育的逆断层相符合。最大水平主应力S_H方向为NE31°和NE33°,这与区域应力场NE向或NNE向相一致;三维应力计算结果显示,两向水平主应力接近水平,垂直应力倾角大于70°。虽然洞轴线的布线方向与最大主应力夹角过大,由于工程区为非高应力区,因此不影响洞室的稳定性。     

硬岩开挖诱发扰动应力旋转规律及其对岩体破裂的影响

针对深部地下工程扰动应力场变化诱发围岩损伤破裂的问题,在详细分析锦屏地下实验室Ⅱ期工程扰动应力场测试数据的基础上,解译了不同施工过程下扰动应力场的变化规律,分析了主应力方向的变化模式,通过对照分析岩体原位钻孔成像,揭示了主应力方向变化对围岩破裂的影响。研究结果表明：中导洞开挖阶段是扰动应力场变化最活跃的阶段,开挖掌子面向监测断面推进的过程中主应力方向的变化模式以应力回旋为主,开挖掌子面远离监测断面推进的过程中主应力方向的变化模式以应力旋转为主,主应力方向出现最大变化幅度的位置在距离边墙4.5 m测点处;边墙扩挖阶段,主应力方向的变化模式以应力旋转为主,主应力方向出现最大变化幅度的位置在距离边墙2.5 m测点处;扰动应力方向变化直接影响岩体裂隙发育的形态和走向,大角度旋转的应力容易诱发张拉裂隙以及拉-剪混合型裂隙,小角度旋转时更倾向于诱发破裂面偏转角度与应力旋转角度相当的、具有凹凸形态的剪切裂隙,大角度回旋的应力多形成相互交叉的“X”型剪切裂隙。基于实测扰动应力的研究结果可为深埋高应力硬岩开挖的扰动应力场变化规律及其对岩体破裂发展的影响研究提供参考。     

高地应力大型地下洞群围岩变形破坏响应特征分析

我国西南地区的水电工程多拥有尺寸规模庞大的地下厂房洞室群,受高地应力及复杂地质条件影响,洞群施工期间围岩变形破坏问题十分突出。文章以白鹤滩水电站右岸地下洞室群为工程案例,基于多点变位计连续监测成果,从量值、空间分布和时间演化3个方面分析了主副厂房围岩变形响应规律。并基于现场调查情况,对地下洞群施工期多种围岩破坏现象的响应特征进行了分析。最后结合初始地应力状态、岩体特性等影响因素,对上述围岩变形破坏的作用机制进行了探讨。研究结果表明,厂区方向与厂房轴线近似垂直的第二主应力对厂房应力调整起控制作用,开挖后在厂房上游拱肩和下游墙脚处产生应力集中,应力集中区内发生片帮、围岩破裂及喷护混凝土开裂等应力主导型破坏;高地应力环境下开挖使围岩强烈卸荷,导致厂房围岩变形整体较大并具有时间效应,拱圈及边墙局部围岩变形随开挖持续增长、收敛性较差。     

五强溪水电站左岸高边坡综合治理

五强溪水电站左岸高边坡地质情况复杂，岩体破碎，断层、节理裂隙发育，电站工程曾几度停工，其原因之一须对左岸高边坡整治。复工后经精心设计、施工，使边坡安全度过危险期，蠕变边坡得到综合治理。     

大型水电站厂区三维地应力场回归反演分析

岩体初始地应力场是地下洞室围岩稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一,初始地应力场是否可靠将直接影响到工程设计与施工的可靠性与安全性。结合某水电站厂区的地质条件及地应力实测资料,引入灰色控制系统理论,采用三维有限元法和采用静态的三因素灰色计算模型GM(0, 3)对厂区岩体初始应力场进行回归反演分析。计算结果表明,厂区存在较大的水平向地质构造作用,岩体的地应力由自重和构造应力叠加而成。实测点的计算应力值与实测值在量值上和方向上都较为接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得地下厂房厂区初始应力场较为合理的分布规律,为地下厂房的开挖模拟及稳定性分析提供了合理的初始应力场。     

鲁南某抽水蓄能电站工程闪长岩体内的地应力测量

鲁南某抽水蓄能电站对解决山东电网日益严重的调峰问题和维护山东电网的安全稳定运行具有重要的作用。为了解工程区的地应力状态,在地下厂房闪长岩体内开展了3个钻孔的水压致裂地应力测量工作,结果表明:最大主应力方向在N52°~72°E之间,优势方向为北东东向,这反映了研究区受太平洋板块构造作用明显;三向主应力相对大小表现为S_HS_vS_h,在这种应力状态下有利于走滑断层的活动;研究区侧压力系数的值和μ_m值(最大剪应力与平均主应之比)均表明测区内断层处于稳定状态;工程区的应力状态以构造应力的作用为主,侧压力系数K值大多介于1和1.5之间,因此为保证洞室的稳定性,厂房的洞轴线应与S_H的夹角小于30°。     

考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用

介绍了一种考虑地下洞室片帮、钻孔剥落等岩体应力型破坏特征为信息源,通过数值模拟智能反演方法预测高应力大型地下洞室群围岩局部应力场的新思路。该方法将地下洞室群片帮、钻孔剥落等应力型破坏的位置、深度或者宽度进行定量描述,以弹性模型计算获得的常偏应力大于岩体启裂强度的范围来表示应力型破坏范围,通过分析实测地应力数据约束部分地应力数量,然后采用智能数值反演方法得到其他的地应力分量。采用该方法预测了白鹤滩水电站右岸地下厂房0+76断面附近围岩地应力场,反演获得最大主应力在34 MPa左右。通过其他部位岩体破裂的数值模拟和观测结果对比,验证了地应力场预测的合理性。     

荒沟蓄能电站地下厂房地应力状态与工程稳定性研究

为了解黑龙江荒沟抽水蓄能电站地下厂房区应力状态,在探洞内布置了4个地应力测点,利用空芯包体应力计进行地应力测量.测量结果表明:最大主应力近于水平,最大主应力量值为9.6 MPa,最大主应力方向为N78°W.根据实测结果对该区应力作用特征进行了分析,测量结果与现今区域构造应力场相吻合.在地应力实测和岩石力学性质试验基础上,对地下厂房周边应力状态进行了有限元分析,为地下厂房轴线的选择提出了建设性意见.     

辽宁浦石河抽水蓄能电站地应力测量研究

为了解浦石河抽水蓄能电站枢纽区现今应力状态,采用空心包体应力计在探洞内进行了地应力测量。共布设5个地应力测点,每个测点都进行了多次测量,采用最小二乘法对5个测点测量结果进行分别计算和综合计算。测量结果表明:最大主应力近于水平,方向为N79°W,应力量值为7.1MPa;各测点不同测段测量结果有一定偏差,这主要是由于不同部位岩体构造条件所致,随着测量次数增多,最大主应力优势方向还是比较明显的。最后根据实测结果对电站枢纽区现今应力作用特征进行了分析,并对工程设计提出了建议。      

高地应力硬脆性围岩破坏影响因素分析

地应力对硬脆性岩体稳定性具有极为重要作用,已有研究主要集中于脆性破坏方式及其是否发生的预测上,而对地应力、洞形等因素与脆性破坏深度间关系的研究较为少见。基于硬脆性岩体脆性破坏准则,利用Examine2D软件,分析不同地应力环境及洞形时围岩脆性破坏深度d_f变化情况。结果表明:最小主应力量值较低时,破坏深度d_f与主应力比k近似为直线关系,较高时则为非线性增长;随着k值增加,屈服范围逐渐偏离最小主应力方向45°夹角发展;洞室断面长宽相近时,主应力方向较主应力量值对d_f的影响小,相同应力量值不同主应力方向,破坏位置不同,深度变化较小。洞形不同应力集中系数不同,选择长短轴长度之比与应力比k相接近的椭圆形谐洞,可有效降低破坏深度。     

岩体工程地质力学在水电水利工程勘察中的应用

应用谷德振先生的岩体工程地质力学理论,重视区域地质构造体系、重视收集地质基础资料、重视岩体结构的研究。在此基础上开展高拱坝、高重力坝、深埋长隧洞、地下厂房、抽水蓄电站的工程地质勘察和编制相应的地质勘察规范。