锦屏一级水电站深部裂缝控制性灌浆技术研究

针对锦屏一级水电站深部裂缝加固技术难题,在对深部裂缝工程地质特征及其灌浆加固技术特点分析基础上,对水泥-水玻璃控制性灌浆技术进行了研究。首先对水泥-水玻璃灌浆作用机理进行分析,然后主要从胶凝时间和强度两方面对水泥-水玻璃浆液进行试验研究,分析了水玻璃和缓凝剂加量对浆液胶凝时间和强度的影响规律,并按初凝时间为5min的情况进行了水泥-水玻璃浆液配比设计。最后,提出采用水泥-水玻璃双液孔口混合式灌浆方法,采用自上而下、孔口封闭、纯压式灌浆方式对深部裂缝进行固结灌浆加固处理。由此初步建立了锦屏一级深部裂缝灌浆加固处理技术研究方案。     

锦屏普斯罗沟坝址右岸地下水连通试验

连通试验证明普斯罗沟溪水与PD07、PD47、PD01、PD29及其邻近泉存在水力联系。地下水涌水点的分布受T2-3z^2(4)层和NW向张性裂隙带控制。涌水点水的电导率曲线具双峰特征，揭示右岸地下水系统具岩溶管道与岩溶裂隙双重并联型特征。右岸坝肩内地下水水力坡度较大，且裂隙及岩溶裂隙通道较为发育。普斯罗沟沟水是右岸坝肩地下水的重要补给源，但并非右岸坝肩地下水的唯一补给源，可能还存在其他补给源，锦屏山断裂属于区域性的导水带，通过该导水带有一定量的地下水从其南侧的解放沟方向越过普斯罗沟潜入了右岩坝肩。     

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。     

雅砻江锦屏一级水电站左岸深部裂缝成因机制探讨

雅砻江锦屏一级水电站普斯罗沟坝址左岸山体内存在大量深部裂缝,它们不仅发育于坡向与岩层倾向相反的左岸,而且发育在卸荷带以内数十米至上百米处,远远超出常规意义的边坡岩体卸荷带分布范围。通过深入分析发育在深部裂缝内部纤维状方解石脉所反映的动力学、运动学意义,断层充填物的年代学特征,并结合区内河谷阶地演化,首次提出并论证了深部裂缝不是地震的产物,也不是边坡卸荷的结果,而是构造运动长时间脉动拉张作用下形成的。     

锦屏一级水电站预应力锚索试验

根据锦屏一级水电站高边坡加固工程需要,在左岸导流洞出口边坡进行了深孔锚索、大吨位锚索、锚型对比等预应力锚索试验,获得了适宜的工艺技术措施及合理的锚固参数,给该工程锚索设计和施工提供了客观依据,对类似预应力锚索工程的试验与施工亦具有重要的参考借鉴作用。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期稳定分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高陡边坡地质条件复杂、主要发育有f5、f8、f42-9断层,煌斑岩脉X,顺坡卸荷裂隙及深部裂缝等结构面,其中断层f42-9、煌斑岩脉X和深部裂缝SL44-1组合形成的左岸坝头拉裂变形体,在边坡施工期的稳定性问题突出,特别是当边坡开挖至1 780 m高程时拉裂变形体前沿剪出口阻滑岩体被完全挖除,f42-9断层在开挖坡面出露,拉裂变形体稳定条件恶化,稳定性急剧下降。采用考虑开挖过程的有限元强度折减法分析开挖边坡在施工期的稳定性,并提出了一种新的边坡失稳判据：通过滑体内关键部位测点水平位移随折减系数的变化率,即水平位移增量与强度折减系数增量之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。通过与其他边坡失稳判据相比较,验证了该判据的合理性和实用性,同时基于该判据计算了边坡开挖加固至不同高程下的稳定安全系数,合理评价左坝肩边坡施工期的整体稳定与安全性。     

锦屏一级水电站地下厂区破坏成因分析

锦屏一级水电站地下厂区位于雅砻江右岸一套大理岩地层中,埋深350m,地下厂区洞室在开挖过程中,围岩出现各种变形破坏现象。通过分析破坏现象,总结了破坏现象的规律性:主厂房及主变室破坏现象主要集中在下游边墙顶拱,破坏方式以岩体开裂为主;母线洞及压力管道下平段破坏现象主要集中在顶拱外侧,破坏方式以弯折破坏为主。最后利用数值模拟结果解释了径向应力大于岩体强度是引起锚索超限的原因。     

锦屏一级水电站坝基无盖重固结灌浆施工工艺探讨

锦屏一级水电站大坝由于基础层混凝土仓面面积大,温控要求严格、间歇期短,固结灌浆施工与坝体混凝土温控存在较大矛盾,主要采取无盖重固结灌浆加有盖重补强固结灌浆及引管的方式进行。主要就无盖重固结灌浆主要存在问题进行了分析和探讨。     

锦屏一级左岸导流洞出口边坡开挖支护有限元模拟

锦屏一级水电站左岸导流洞出口边坡岸坡陡峻,层间挤压破碎带、顺坡卸荷裂隙及深部裂缝发育。边坡开挖将切除部分维持边坡稳定的坡脚岩体,从而对工程边坡及上部变形拉裂岩体的稳定性产生不利影响。基于锚固岩体弹塑性等效本构关系,采用弹塑性有限元法对边坡开挖、加固及地震作用进行了数值模拟,分析了开挖边坡的稳定性,并对初拟的“先锚后挖、边挖边锚”的施工程序的合理性进行了评价,提出了若干对工程建设具有一定指导意义的建议。     

锦屏一级水电站左坝肩边坡数值模拟

锦屏一级水电站左岸边坡工程地质条件复杂,特别是由控制性软弱结构面切割形成的楔形体对左岸边坡的稳定性影响较大。工程中已采用系统预应力锚索支护和抗剪洞回填对楔形体进行加固处理。为了解两种支护措施及其施工工序对楔形坡稳定性的影响,采用数值模拟方法,对支护措施在不同工况条件下,边坡继续开挖进行模拟计算。通过不同工况数值模拟对比分析发现,系统锚索支护对限制塑性区发展起到了良好的效果,抗剪洞回填对限制楔形体底滑面的错动有非常明显的效果,及时进行锚索支护和回填抗剪洞是锦屏一级水电站左岸边坡在施工期乃至运行期间稳定运行的有力保证,通过控制性软弱结构面的位移变化趋势判断边坡稳定性是可行的。     

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。     

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。     

某大型水电站左岸高边坡开挖数值模拟及支护建议

应用3D-? 软件对西南某大型水电站左岸边坡开挖过程进行三维数值模拟,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;根据以上分析对开挖边坡制定了分层开挖、分层加固的方案,支护方案采用预应力锚索及排水系统的组合形式进行加固,支护后的稳定性计算表明,采用的支护措施是有效的,达到了工程设计的要求。     

基于矩张量的深埋隧洞岩爆机制分析

以锦屏二级水电站微震监测数据为基础,将矩张量引入到深埋隧洞岩爆机制分析研究中。对分析过程中遇到的2个关键问题提出了针对性的建议：① 隧洞工程为线性工程,传感器布置空间有限,难以形成良性传感器阵列,矩张量分析结果的可靠性受到很大的影响,为此,提出了数值计算过程中的坐标系空间旋转法。该方法按最优路径旋转隧道坐标系,使对于同一个事件的每个传感器,源-传感器射线到新坐标系的3个方向余弦差值在10倍数值范围以内,在数值计算过程中,可以得到较理想的矩张量结果。②针对Ohtsu使用矩张量分解判断岩石破裂类型的方法中,提出的各分量比重计算公式,仅适用于各分量均为受拉的情况。考虑快速掘进条件下隧洞工程受力方向的不确定性,扩展其分量比重计算公式到更一般适用状态。在此基础上,建立了一套完整的岩爆孕育过程矩张量分析方法。利用该方法对锦屏二级水电站典型岩爆微震数据进行分析,结果表明,该方法可以较好地解释岩爆孕育过程岩石破裂演化机制。     

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。     

复杂岩质高边坡半确定性块体三维稳定性研究

通过工程地质学中的赤平投影原理对各个结构面产状进行统计分析,找出优势结构面组合,再对非确定位置的结构面按一定间距进行搜索,利用运动学分析方法对各个块体进行分析,确定出可能从坡体上滑出的块体。结合三维刚体极限平衡法,计算出各个可能块体组合在不同工况下的稳定系数,找出最危险滑块,进而对边坡进行稳定性评价,通过具体的工程实例进行了验证。结果表明,将工程地质学方法、运动学分析方法与刚体极限平衡法结合起来分析复杂岩质边坡可以提高边坡稳定性评价的准确性,对工程具有很好的指导意义。     

基于快速应力释放的深埋隧洞岩爆防治对策研究

大型地下工程开挖中,高地应力环境下高储能脆性岩体通常会通过脆性破裂快速释放应变能而产生岩爆。岩爆作为常见的一类动力失稳地质灾害现象,极大地威胁着现场施工人员和设备的安全。作为雅砻江锦屏二级水电站的主要工程,千米级埋深的引水隧洞也面临高地应力下硬岩岩爆问题。针对锦屏二级引水隧洞岩爆的特点,提出采用快速应力释放的方法防治岩爆,并采用数值模拟的方法优选了倾斜辐射爆破孔方案。数值模拟结果表明：该方法能使岩体内的初始应力快速卸荷,同时使应力集中区向岩体深部转移。通过在锦屏二级引水隧洞工程中的试验与运用,采用声波测试法对实施快速应力释放方案的效果进行检验,验证了快速应力释放方法防治岩爆的有效性。研究成果为解决类似工程岩爆防治问题提供了理论依据和借鉴。     

层状边坡倾倒变形多级折断面分布深度计算模型

针对反倾层状岩质斜坡倾倒变形折断面空间展布缺乏定量判断的问题,以地质原型和变形机制分析为基础,考虑岩层自重、上覆岩层盖重、侧向压力、岩层间的摩擦力等作用,提出了岩板倾倒折断的独立悬臂梁模型和独立简支梁模型。采用板梁的最大拉应力破坏准则,推导出了倾倒变形各阶段岩层的临界折断深度公式。利用地质原型对推导的公式进行了验证,并通过离心试验获取了倾倒变形各阶段的坡形参数,对边坡各阶段折断深度进行了定量评价。研究表明：理论模型可计算倾倒变形层间剪切错动、弱倾倒破坏、强倾倒破坏等各阶段岩层的折断长度;岩层折断长度与岩层分布高程、拉应力、岩梁自身重度呈负相关,与岩层内摩擦角、岩层厚度、抗拉强度呈正相关;根据倾倒变形各阶段力学参数,计算倾倒体各级折断面分布位置,结果与地质原型和离心试验结果吻合。该研究成果对倾倒变形边坡稳定性评价具有一定的理论和实际意义。