三峡工程永久船闸高边坡稳定性研究中的几个主要问题

永久船闸高边坡稳定性问题一直为各方所关注 ,本文利用大量监测资料和测试成果对边坡变形现状 ,开挖结束后的变形趋势 ,岩体卸荷带特征及时效变形等几个方面进行了详细分析 ,并对施工期后边坡岩体的变形与稳定过程 ,以及卸荷带对边坡稳定性的影响等做了预测和评价。     

高地应力地区河谷应力场特征

利用数值模拟以及地应力实测资料,研究了高地应力区河谷应力场的分布特征,发现对于无卸荷带的均质弹性边坡,从坡表到坡内可以划分为应力降低区（ ）、应力平稳区（ ）2个区;对于存在卸荷带的边坡,从坡表到坡内可以划分为3个区：应力降低区（ ）、应力升高区（ ）、应力平稳区（ ）。卸荷带的存在是最大主应力从坡表至坡内出现3个带的本质原因。高地应力区边坡由于构造应力场的存在,使得边坡应力集中的水平明显提高,集中的范围明显变大,边坡常常存在较宽卸荷带,因此,高地应力地区高陡边坡的应力场也可以大致划分为应力降低区、应力升高区、应力平稳区3个带。但一些高地应力地区边坡内部发育深部卸荷裂缝,其应力集中区向坡体内部转移,应力降低区内的应力出现波动变化,深部裂缝存在部位应力明显降低     

三峡工程永久船闸二期开挖岩体松弛范围的绝对应力测量

永久船闸是三峡工程的重要组成部分,其高边坡是在花岗岩山体中开挖而成的,最大开挖深度达170m。由于开挖卸载,在岩体中形成卸荷应力场,这种新的应力场往往成为岩体持续变形的主要因素,而岩体的持续变形可对工程建筑物(特别是高边坡)的稳定性产生致命的影响。另外,岩体内的地应力释放,使岩体产生回弹变形,岩体结构松弛破裂,岩体力学性质恶化。因此,在永久船闸的开挖过程中,对其进行地应力测量和监测,不仅对边坡整体稳定性分析和安全预报具有重要意义,而且还为制定合理的施工方案,并对边坡的加固处理提供依据。按设计技术要求,地应力测量及其变化监测在永久船闸北坡第四层排水洞内进行,地应力测量和监测的布置如图1所示。按照要求,首先在NB4—7测孔中进行5个测段的绝     

岩质高边坡岩体变形参数及松弛带厚度研究

预测岩质高边坡开挖后岩体变形模量的变化及松弛带厚度，是分析岩质高边坡在开挖后变形（位移）和作好防护设计的重要资料，运用波动力学关于平均应力与体积模量、岩体纵波速度与弹性模量、变形模量间的关系，通过部分实测资料及边坡应力场有限元分析的资料，分别建立了纵波速度与岩体变形模、岩体应力间的关系，研究了开挖边坡岩体变形模量的变化，预测了岩体松弛带的厚度。     

三峡船闸及高边坡非线性大变形数值分析

对三峡工程船闸高边坡的形成过程进行了非线性变形数值模拟,分析了边坡开挖时的位移及应力问题,为三峡工程建设提供了有意义的参考数据和计算成果。     

中国西部岩石高边坡应力场特征及其卸荷破裂机理

大量的工程实践表明,中国西部地区,尤其是西南地区,由于所处青藏高原东侧的特殊地域地质环境条件,这一地区的岩石工程普遍受到地应力,尤其是高地应力及伴随的卸荷效应的影响;卸荷及卸荷带的问题构成了这一地区地表岩石工程的根本性问题之一.卸荷带的形成通过对岩体结构的表生改造,不仅影响和改变了作为建(构)筑物地基和环境的工程岩体的结构基础,弱化了其承载能力,而且,也构成了其他工程地质作用和诸如地下水活动等物质与能量交换的边界,影响了工程岩体的稳定性.本文分析了中国西南地区区域高地应力环境的形成和集中模式,讨论了岩石高边坡应力场的基本特征,提出了"驼峰应力分布"的基本模式.在此基础上,重点讨论了河谷高边坡应力释放及其伴随的浅表生破裂体系的形成机理与基本规律,阐述了这套破裂体系的工程地质意义.     

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。     

小湾水电站进水口高边坡变形机理分析及工程意义

小湾水电站进水口高边坡地质条件及开挖坡型复杂,断层、节理裂隙发育并相互切割,坝顶平台至进水口底板平台平均开挖坡度88,最大高差106m,其中垂直开挖段81m,最大水平退坡深度170余米。伴随边坡开挖过程中,边坡上部岩体产生了一系列的变形破裂现象,主要表现为沿混凝土坡面分布的张开宽度和延伸长度不一的裂缝及起壳现象。本文结合边坡的实际工程地质条件和监测结果数据,对变形破裂现象的形成机制进行了系统的分析。结果表明,裂缝产生的原因主要是由于地处高地应力区岩体在边坡开挖过程中产生的卸荷回弹表现,是正常的卸荷松弛变形。在此基础上,对边坡的稳定性分析表明,该边坡稳定性良好。     

考虑卸荷作用的裂隙岩体渗流应力耦合研究

大量试验证明,裂隙岩体在加载和卸荷的条件下其渗流与应力特性是不完全相同的。近年来,加载条件下的裂隙岩体渗流应力耦合研究得到了长足的发展,但卸荷作用下的水岩耦合分析还处于初始阶段。基于现有裂隙变形曲线的研究结果,建立了渗透系数与卸荷应力、应变间的本构关系,在此基础上,根据算例分析了各种工况下的渗流和应力特征,其计算结果表明,考虑卸荷后应力场的改变增加了临近坡面的岩体渗透系数,降低了地下水浸润线,增加了边坡的稳定性;考虑渗流后,边坡的位移场和应力场有较大改变,但考虑耦合后位移和应力分布和大小与不耦合时的相差不大;边坡开挖后应力场改变对渗流的影响远大于渗流对位移、应力等的影响。     

边坡开挖卸荷松弛区的力学性质研究

开挖卸荷松弛区对边坡稳定性分析与防护加固工程设计具有重要的作用和影响,重点体现在松弛区的分布特征及松弛岩土的强度衰减效应。基于典型边坡的开挖模拟,研究其最大主应力增量及塑性区力学特征与分布规律,结果表明:边坡开挖应力调整引起的最大主应力增量的负值区与坡面塑性区的分布形态与发展规律吻合;基于边坡开挖卸荷松弛的基本力学原理,以开挖边坡应力张量增量的最大主应力分量增减变化作为开挖卸荷松弛区的划分标准,提出了接近开挖坡面的应力衰减塑性松驰区、远离开挖坡面的原岩应力区及介于两者之间的应力集聚弹性挤压区的三场确定方法。     

瀑布沟水电站库首右岸深部裂缝成因分析

水电工程常常建在高山峡谷地带,其天然岸坡通常由坡面向内有一个强卸荷带和弱卸荷带以及相应的强风化和弱风化带,内侧则为完整新鲜的岩石。对涉及的工程岸坡在正常卸荷带以内发育的一系列张性破裂或破裂带,称之为深拉裂缝。瀑布沟水电站库首右岸存在两个拉裂变形体,通过对其岸坡深部拉裂缝空间发育分布、变形特征的考察,综合分析造成深部裂缝发育规律与变形特征的因素。在此基础上提出,库首右岸深部拉裂缝是岸坡快速卸荷条件下浅表生改造的产物,其形成时期相当于河谷由宽谷深切为峡谷这一转换时期。     

软岩高边坡开挖卸荷变形研究

以大型岩土工程数值分析软件（ADINA）为研究手段,基于卸荷岩体力学理论与方法,对某公路开挖高边坡进行了开挖卸荷分析,综合考虑了初始工况、开挖工况、卸荷工况,加固工况,并与监测数据进行了对比分析,卸荷岩体力学理论考虑了边坡开挖面附近的强卸荷区域以及该区域岩体参数的劣化,计算结果与监测数据吻合较好,进而也验证了卸荷岩体力学理论在边坡开挖计算分析中的合理性。研究成果对边坡的后期运营提供了指导,对其他工程也有一定的借鉴作用。     

浅析山区高等级公路中的边坡工程岩体

随着山区高等级公路建设的飞速发展，各类边坡工程岩体问题也日益增多。从卸荷岩体力学的基本观点入手，探讨了边坡工程岩体的变形破坏特性、稳定性评价方法以及开挖设计理论。研究表明，边坡工程岩体的变形破坏特性完全符合卸荷岩体力学行为，不同于常规的加载岩体行为；边坡工程岩体的稳定性分析计算中必须重视水力学因素和卸荷作用的影响，并得到了有意义的表达式；边坡工程岩体的开挖设计应在充分认识其工程力学性状的基础上，针对边坡岩体地质特性，结合已有各类稳定边坡的资料，进行既经济又可靠的优化设计。     

一种高边坡岩体卸荷分带方法的探讨

岩体卸荷是水利水电工程建设中常见的工程地质问题之一。本文介绍了高边坡岩体卸荷的背景条件、作用机理、卸荷岩体特征以及常见的卸荷带划分方法。针对河谷斜坡岩体从表部到深部 ,岩体裂隙发育程度、张开程度逐渐降低的特征 ,以黄河上游某水电站高边坡印支期花岗岩体的现场调查资料为依托 ,应用岩体裂隙发育程度、张开程度量化指标对斜坡岩体卸荷进行分带 ,较好地将岩体卸荷分带与岩体结构、岩体工程特性紧密结合起来 ,为以后其它边坡岩体的工程实践提供了借鉴.     

基于卸荷岩体力学的大岗山坝肩边坡水平位移发育的多因素影响分析

在现阶段工程运用中,卸荷岩体力学理论中还需完善和扩充的几个方面为①锚索施加前后卸荷效应对边坡水平位移的影响;②超前开挖锚固滞后的方案会对具体工程岩体水平位移产生的影响;③关键工程结构面连通率对卸荷岩体位移的影响;④地震作用下卸荷岩体的水平位移响应;⑤地震作用下不同连通率对水平向位移的影响。针对此,以大岗山坝肩边坡为对象展开研究。分析指出岩体开挖卸荷后回弹变形和压缩变形都会大于未考虑岩质劣化时的计算变形。同时指出,卸荷条件下两种施工方案对坡面的水平向位移造成的影响较小,为超挖多级而锚固措施相对滞后的现场施工过程的可行性提供依据。统计出各剖面在不同高程水平位移随地震加速度发展特征,建议水平位移随地震加速度呈非线性变化区域为防震抗震重点加固区域。研究发现,连通率的增大会导致卸荷裂隙XL9-15,XL316-1的塑性区发育明显增大,而裂隙范围内塑性区的加剧不会明显地反映在坡面关键点的变化上,开挖工况可能造成表观位移较小的突发性崩塌。     

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。     

公伯峡电站开挖边坡古风化岩松弛与工程特性变化研究

利用公伯峡电站泄水洞左岸边坡开挖过程中获得的各种资料,分析、研究边坡在开挖后岩体松弛程度和工程特性的变化。分析表明,边坡开挖后,一定深度范围内边坡岩体将松弛,松弛带的厚度可以通过现场调查、地震波速、声波速度来划分。岩体发生松弛后,松弛带岩体力学参数明显降低。开挖后尽快支护是防止边坡岩体松弛有效方法之一。     

老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性研究

岩土高边坡稳定性问题一直是水电工程研究的重难点之一。本文以老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性作为研究对象,针对边坡卸荷显著、节理发育、施工安全稳定问题突出的特点,采用数值分析软件FLAC3D,结合点安全系数法,对天然情况、导流洞泄洪洞开挖工况、边坡分级开挖分级加固工况以及开挖完成后降雨工况等不同状况下的相应稳定性问题进行了分析研究。结果表明,老虎嘴水电站右坝肩边坡在无支护加固状况下稳定性较低,不能保证施工期的安全,但在严格分级加固后各工况处于稳定状态,满足工程设计标准下的工程稳定要求。     

基于开挖卸荷劣化的边坡岩体宏观力学参数USMR分析评价方法及验证

为研究锦屏某边坡岩体在开挖卸荷条件下的岩体宏观力学参数,对该区砂岩进行室内卸荷试验研究,结果表明：相对于加载试验,卸荷过程中岩样的强度及变形参数发生了劣化,低、高围压下岩石变形及破裂形式也有所不同。为此,在对SMR及CSMR修正的基础上,提出了考虑开挖方式、边坡形态及卸荷损伤的边坡卸荷岩体的评价体系USMR法。基于USMR法对研究区边坡开挖岩体宏观参数（变形模量Em、岩体抗压强度 、岩体抗拉强度 、岩体抗剪强度参数cm和 ）进行了动态分析,并分别考虑了不同围压 及卸荷损伤De条件下岩体参数的劣化规律。分析表明：开挖卸荷过程中岩体宏观参数发生了不同程度的劣化,拉应力区、低应力区和高应力区岩体参数的劣化规律有所不同,拉应力区及低应力区岩体力学参数对开挖卸荷更加敏感。研究结果对边坡开挖卸荷岩体的稳定性分析与评价具有一定指导意义。