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。     

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     

锦屏一级水电站普斯罗沟左岸深部裂缝变形模式

通过对锦屏一级水电站普斯罗沟坝址左岸深部裂缝的发育特点及规律的研究,提出了深部裂缝4种变形模式,即缓剪陡张型、缓倾张剪带型、顺剪反张型和引张型。发现变形的结果是岩体拉张位移主矢量以一定倾角指向河流,正是岸坡卸载特点,这从一定程度说明了深部裂缝的卸荷变形实质,揭示了其成因。     

白鹤滩水电站左岸边坡深部破裂成因探讨

在对白鹤滩水电站坝址区河谷地质条件、地应力分布及左岸边坡深部破裂发育特征详细分析的基础上,采用离散元数值软件UDEC以剥蚀法模拟河谷演化发育过程,分析白鹤滩水电站左岸边坡深部破裂的形成原因。模拟结果反映河谷应力场分布呈现出了典型深切河谷所具有的应力松弛、升高及原始三区以及谷底存在高地应力包的规律。同时对河谷边坡不同部位、不同阶段的应力变化规律进行了深入分析并结合现今河谷地质特征,认为该深部破裂是在河谷地层顺倾、区域高地应力、不对称V型河谷、下蚀迅速等特定条件下,在河谷演化过程中局部应力集中使岩体发生剪切屈服,并发育剪切破坏,河谷剥蚀卸荷后顺倾向错动带的出露使剪切破坏进一步发育成张性破坏的结果。     

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。     

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。     

大岗山水电站坝肩边坡开挖支护有限元模拟

大岗山水电站坝肩边坡地质条件复杂,断层、岩脉、卸荷裂隙密集带、深部卸荷带及节理裂隙发育。为对该边坡在开挖支护过程中的应力、变形情况进行分析,采用弹黏塑性有限元软件EVP3D,利用弹塑性有限元法进行边坡稳定性的三维有限元计算,揭示边坡可能的失稳部位,对初拟的施工程序的合理性进行评价,并对边坡的支护方案提出建议。     

西藏易贡藏布高陡岸坡卸荷带发育特征及其工程意义

易贡藏布流域位于青藏高原喜马拉雅东构造结顶端区域,呈现高山峡谷地貌特征,地质构造复杂,地质灾害和高陡斜坡失稳现象极发育。为确定易贡藏布流域地质灾害形成机制和边坡失稳模式,通过开展边坡结构面调查、定向斜孔钻探、孔内波速测试、平硐勘探及地震波法,分析了易贡藏布下游典型岸坡卸荷带发育规律,采用岩心完整性、裂隙张开度、岩体波速等指标划分了岸坡卸荷带。结果表明,边坡由浅表部到深部岩体卸荷程度逐渐减弱,高程越高卸荷发育越强烈,河谷西侧岸卸荷程度明显强于东侧岸卸荷程度,坡表 0 m至20~30 m为强卸荷带、20~30 m至40~45 m为弱卸荷带、40~45 m以下为未卸荷带。结合岸坡稳定性分析结果,提出了利用锚索、锚杆进行边坡加固,并对洞口危岩采取清除、拦挡、锚固等工程防控措施。调查研究结果对指导该区公路、铁路、水电等工程规划建设和区域防灾减灾具有重要的意义。     

氡(RaA)测试技术在某岩质边坡卸荷深裂缝带研究中的应用

FD-307RaA测氡仪，是一种新型的瞬时测氡仪器，它由抽气泵和测量操作台两部分组成，利用静电收集RaA作为测试对象，定量测试地质体中氡的浓度。某水电站坝址左岸岸坡正常卸荷带深部以内发育有一系列规模不等的深裂缝，对水工布置和工程边坡稳定将产生不利的影响，成为该坝址最突出的工程地质问题。本次对该水电站左岸边坡的PD44等9个平硐进行了氡测试，验证和预测深裂缝的空间发育和分布情况。并对测试的氡气浓度数据进行整理、统计和分析。氡气浓度值沿硐深的变化是有规律的，氡气异常与深裂缝带在空间上具有较好的对应关系，氡气高值往往对应于深裂缝产出部位，而低值带往往对应于岩体完整、深裂缝不发育的部位。并且氡气值与声波波速也有对应关系，声波波速高的地带，岩体质量好，对应氡浓度较低；在声波波速低的地带，岩体质量差，对应的氡气测试值高。氡测试技术可以作为评价平硐硐壁岩体破碎情况的一种新方法，同时可以用来预测前方的岩体质量。作为一种新的方法，有它自身的优缺点。     

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。     

裂缝性碳酸盐岩裂缝的双侧向测井响应特征及解释方法

裂缝评价是裂缝性碳酸盐岩储层评价的关键, 其常规评价方法受到裂缝发育的不均匀性及储层各向异性的影响而存在诸多困难.采用三维数值算法, 利用宏观各向异性地层模型, 研究不同的裂缝参数条件下双侧向测井响应特征, 由此导出一种用于裂缝孔隙度计算的快速算法.分析表明, 裂缝的双侧向响应同裂缝孔隙度与孔隙流体电导率之间存在明显的线性关系, 裂缝的倾角造成双侧向测井曲线幅度差异的变化; 不同倾斜情况下, 将双侧向测井响应近似表示为岩石基岩电阻率、裂缝孔隙度、裂缝流体电导率的函数, 用于裂缝孔隙度的快速计算.实际资料处理表明, 利用双侧向依据该方法确定的裂缝参数同成像测井资料具有良好的对应性.      

东准噶尔蒙西斑岩铜钼矿床脉体特征及其形成机制

蒙西斑岩铜钼矿床位于东准噶尔伊吾县琼河坝花岗岩北侧,以发育细脉、网脉状矿化为特征。脉体类型多样,包括石英脉、石英硫化物脉和硫化物脉等。根据脉体力学成因机制,其又可划分为水压破裂充填脉和构造破裂充填脉。构造破裂充填脉体按破裂形成的位错特征有正断与逆断两种。地表石英脉产状陡立,明显受断裂控制。脉体体积分数统计结果显示流体富集区呈向北缓倾的带状分布于深100～400m范围内,并与矿化富集带有较好的对应关系。脉体富集带内,脉体以共轭形式存在,一组为倾角较小的逆断破裂充填脉,另一组为倾角较大的正断破裂充填脉,他们可能为缓倾逆冲剪切带的次级破裂与充填脉,即富矿带内脉体是沿矿区低角度逆冲断裂次级破裂面充填的。矿区地表及深部(400m以下)脉体以陡立为主,矿化较弱。矿区流体的运移具先沿水压直立破裂往上运移,进入剪切带后沿剪切带次级破裂侧向和向上运移,并在剪切带中富集成矿。低温矿物组合脉体穿切高温矿物组合脉体的特征说明脉体形成过程矿区处于隆升构造环境,这对斑岩铜矿成矿有利。     

胶东三山岛超巨型金矿床三维地质模型及深部矿体与断裂的耦合关系

近年在胶东三山岛地区的深部和北部海域找矿取得重大进展,已成为中国深部找矿的典型案例。对三山岛金矿床进行三维可视化分析,对指导深部找矿具有重要的实际意义。基于311个钻孔资料建立了三山岛超巨型金矿床的三维地质模型,剖析了金矿床的三维空间特征,指出了沿控矿断裂深部找矿的重点区段。三维可视化分析发现,研究区以往认为各自独立的数个金矿床,主要矿体向深部相互连接,构成资源量超过1000 t的超巨型金矿床;赋矿的三山岛断裂产状起伏变化明显,浅部倾角较陡,向深部逐渐变缓,呈铲式阶梯状。对主要矿体厚度、品位变化与断裂面倾角变化的耦合关系分析表明,矿体品位和厚度沿走向和倾向均呈现高低相间变化的特点,两者呈正相关。金矿体主要赋存于断裂表面坡度较缓段,在三山岛北部海域,三山岛断裂在2000 m深度范围内有2个倾角明显缓倾的台阶,分别赋存了浅部和深部金矿体。其中,浅部台阶位于-20~-600 m标高,断裂表面坡度平均值为48.21°,矿体赋存部位的断裂表面坡度平均值为44.72°;深部台阶位于-940~-1760 m标高,断裂表面坡度平均值为44.56°,矿体赋存部位的断裂表面坡度平均值为42.75°。综合分析认为,断裂的缓倾角段是深部找矿的重点区域。     

层状反倾-顺倾边坡倾倒变形形成条件及发育规模特征

以往研究中倾倒变形研究在反倾边坡较多而在顺倾边坡中很少,对两种不同结构的边坡形成倾倒体的异同点更是存在较多空白。在总结大量倾倒体实例基础上,对层状反倾和顺倾边坡倾倒变形形成条件及发育规模特征进行了详细研究。结果表明,顺倾边坡若发生倾倒,通常表现为坡高 100 m,边坡坡角 35°,岩层倾角 60°,岩性为薄层或薄层与中层互层的软岩、软硬相间的岩石;反倾边坡当坡角 30°及岩层倾角 30°就可能发生倾倒,其岩性为薄层～中厚层状的软岩、硬岩及具有似层状结构的坚硬岩石均可;提出层状岩质边坡“倾倒临界倾角 ”的概念,对于顺倾边坡, 60°,当 时边坡将可能产生倾倒破坏,当 时边坡通常产生顺层面的“滑移-弯曲”或“滑移-拉裂”型破坏;反倾边坡 30°,当 时边坡才可能演化成明显倾倒变形,当 时边坡不会倾倒或倾倒不明显;对于地质条件基本相同而坡体结构不同的两种边坡,反倾边坡形成的倾倒体无论是发育分布面积还是倾倒深度通常是大于顺倾边坡的,而且一旦形成倾倒体,二者的规模通常是深层的、大型或特大型的;倾倒体的分布面积和倾倒深度均呈现一种随坡高的增加而增加的趋势,坡高 250 m时其分布面积和倾倒深度表现为陡然增加,并且反倾边坡增加幅度大于顺倾边坡。     

天然地应力作用下不同产状岩体裂隙渗流特性研究

为了研究天然地应力作用下裂隙产状等因素对深部岩体裂隙渗流特性的影响,基于单裂隙面渗透性服从负指数变化规律,建立了三维应力作用下不同产状裂隙的渗透系数计算公式,利用Lagrange乘子法分析裂隙面产状变化对其渗透性的影响,并分析了岩体裂隙有、无充填物对其渗透性的影响及敏感性;然后,以我国大陆地区地应力统计规律为例,分析了地表以下5 000 m范围内在天然地应力作用下裂隙渗透性随深度、产状的变化规律。结果表明：裂隙产状的变化对其渗流特性有明显影响,对于浅层岩体,在大主应力大致呈水平方向分布时,随着裂隙面倾角的增加,裂隙渗透系数逐渐降低;但随着深度的增加,在裂隙深度超过约200 m和裂隙面走向与大或中主应力方向大致一致时,裂隙渗透性反而会随着裂隙面倾角的增加逐渐增加,在裂隙面走向与小主应力方向垂直时增加最为明显;对于深部岩体,裂隙的渗透性很小,裂隙面产状的变化对其渗透性影响很弱;对于有充填物裂隙,岩块与充填物的弹模比和充填物泊松比的变化对裂隙渗透性的影响很小。研究结果可为深入研究我国深部岩体渗透特性变化规律提供借鉴意义。     

钻孔雷达探测地下裂缝

钻孔雷达是地质雷达的一种特殊模式,与通常的地质雷达比起来,有几个显著的特点。比如,利用钻孔接近地下的某个区域,天线可以相对接近所要测量的地质异常体或目标,从而导致在较深的范围对目标的精确测量。实验场地位于北京西部的一个石灰岩的小山上。该处有一组钻孔,并被大量的裂缝所切割。在这些钻孔中,进行了单孔反射测量和跨孔测量。测量的数据经过处理和解释表明,在该场地雷达的径向探测范围可达30 m,地下裂缝的分布可以形成清晰的图像。可以看到很多裂缝,它们距钻孔的距离及倾角都可以确定下来。在有些情况下,确定裂缝分布的方位是可能的。     

中国西南深切峡谷岸坡地应力场基本特征

基于西南地区10个大型水电工程95点空间应力测试数据与50点硐壁应力恢复法测试数据,统计分析了边坡地应力场随垂向、水平向深度变化规律,根据主应力量级、倾角变化规律分析边坡浅表部地应力场特征,探讨了西南深切峡谷地区边坡地应力场分布规律。研究表明,（1）边坡应力场在宏观上可划分为浅表部区(0～300 m)与深部区(>300 m);（2）浅表部区主应力量级、倾角波动较为剧烈,而深部区主应力量级、倾角较为稳定,其最大主应力介于15～30 MPa,中间主应力介于10～20 MPa,最小主应力介于5～12 MPa,最大、最小主应力倾角介于0°～30°,最大主应力约为最小主应力的1.5～3.5倍;（3）浅表部区地应力场具有由主应力较小、最大主应力倾角与坡角近平行转变为主应力急剧增高、最大主应力倾角变化不明显,继而转变为主应力量级、最大主应力倾角剧烈波动,最后逐渐转变与深部应力场近于一致的特征。     

Comparison between scarp and dip-slope rivers of the Cotswold Hills,UK

The Cotswold Hills, southwest UK, are properly described as a cuesta, with a steep, west-facing scarp slope and a plateau-like dip slope. Drainage reflects this surface morphology, with most rivers flowing southeast along topographic and stratigraphic dip. Here, we compare two superficially highly similar rivers – the Frome and Churn – whose sources are nearly coincident, but whose behaviour dramatically diverges thereafter. We examine longitudinal profiles, channel steepness, predicted discharge, and valley shapes, using digital topographic data. River discharge and water hardness/temperature values were obtained at seven sites on the Churn and nine on the Frome over a two-year sampling campaign, delineated into summer and winter phases. Nearly 100 borehole records were interrogated from the two catchments in order to assess groundwater level variations. The Frome, flowing west against regional dips, develops a steep course and has carved a deep and wide valley that exposes the full sequence of Cotswold Jurassic stratigraphy. On the other hand, discharge and channel gradients are lower for the dip-slope Churn, whose valley exposes less stratigraphy and fewer springs. Our measurements of river water hardness and temperature suggest that a greater proportion of groundwater flows into the Frome, regulating discharge and maintaining baseflow over summer. We suggest that flank uplift of the Cotswolds is at least part of the reason for the higher incision rates of the River Frome, leading to its intersecting a greater number of highly transmissive fractures that contribute to its discharge. In turn, the increased discharge could positively impact local incision rates.