布西水電站壩址邊坡地應(yīng)力場(chǎng)及巖體力學(xué)特性的試驗(yàn)

某水電站壩基巖體主要為凝灰?guī)r和安山巖巖體,斷裂構(gòu)造發(fā)育,裂隙較發(fā)育,對(duì)此進(jìn)行了巖體變形試驗(yàn),對(duì)砼/巖石、巖石本身及巖體軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了抗剪(斷)試驗(yàn),獲得了變形模量、彈性模量參數(shù)及抗剪(斷)參數(shù),基本反映了壩基巖體的力學(xué)特性,為設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

糯扎渡電站是瀾滄江中下游河段上的巨型水電工程,在可行性研究階段進(jìn)行了相當(dāng)數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)巖體變形試驗(yàn),混凝土基巖間抗剪試驗(yàn),巖體本身抗剪試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)面抗剪試驗(yàn)。獲得了巖體變形參數(shù)和各種巖體抗剪參數(shù),試驗(yàn)成果較好,基本反映了糯扎渡水電站壩址區(qū)的巖體力學(xué)特性,為設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

觀音巖水電站壩基巖體主要為泥巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、礫巖，斷裂構(gòu)造及裂隙發(fā)育，為此對(duì)巖體自身巖體變形試驗(yàn)及巖體/巖體、砼/巖體進(jìn)行了抗剪（斷）試驗(yàn)，獲得了巖體的變形模量及抗剪（斷）參數(shù)，基本反映了壩基巖體的力學(xué)特性，為設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

對(duì)怒江松塔水電站壩址區(qū)主要巖層進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究,包括巖體結(jié)構(gòu)的野外調(diào)查、巖塊室內(nèi)試驗(yàn)及巖體力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)估算等。對(duì)各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析整理,得到了巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。然后用巖體工程分類及hock-brown經(jīng)驗(yàn)方法對(duì)各類巖體的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了估算。在分析對(duì)比基礎(chǔ)上,并考慮巖體所處地質(zhì)條件,給出了各種巖體的計(jì)算參數(shù)建議值,為水電站大壩設(shè)計(jì)提供計(jì)算參數(shù)。

根據(jù)某水電站廠區(qū)地質(zhì)條件及地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料,本文運(yùn)用灰色控制系統(tǒng)理論及有限元數(shù)值分析方法,對(duì)該區(qū)域巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析。經(jīng)過多方案計(jì)算與篩選,為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供了可用的三維初始應(yīng)力場(chǎng),同時(shí),文中所描述的計(jì)算模型及分析方法亦為其他工程提供了有益的借鑒。

烏江銀盤水電站基礎(chǔ)為典型的軟硬相間的工程巖體。介紹了預(yù)可研及可研階段現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法、試驗(yàn)成果,充分揭示了該工程巖石物理力學(xué)性質(zhì)的特點(diǎn),尤其是國(guó)內(nèi)水電工程中較為少見的大灣組頁巖。從試點(diǎn)的地質(zhì)代表性、巖石的破壞形態(tài)、大范圍巖體的聲學(xué)特征等方面分析了巖體的變形特性、巖體直剪強(qiáng)度特性、混凝土與巖體接觸面直剪強(qiáng)度特性及頁巖的聲學(xué)特性。提出了可供設(shè)計(jì)采用的工程巖石力學(xué)參數(shù)。

基于小灣水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)地形條件,研究分析了影響工程考察域初始地應(yīng)力場(chǎng)的基本因素及其空間分布,建立了壩址區(qū)三維有限元計(jì)算模型和初始地應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)空間分布模型;利用大型通用有限元軟件msc.marc和地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料,借助最小二乘法原理,以回歸精度為目標(biāo)函數(shù),優(yōu)化了構(gòu)造擠壓荷載的模擬和作用組合,實(shí)現(xiàn)了初始應(yīng)力場(chǎng)空間分布模型的參數(shù)估計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明,改進(jìn)后的方法較傳統(tǒng)方法回歸精度有了較大提高,能較為合理地模擬小灣壩址區(qū)三維初始地應(yīng)力場(chǎng)。

巖體初始應(yīng)力場(chǎng)是影響巖體變形與穩(wěn)定的主要力源,也是巖土工程設(shè)計(jì)和施工中考慮的主要因素之一,尤其在高地應(yīng)力地區(qū)顯得尤為重要。根據(jù)官地水電站廠區(qū)的地質(zhì)條件及地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料,運(yùn)用有限元數(shù)值分析方法,對(duì)壩址區(qū)初始應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行回歸反演分析,計(jì)算結(jié)果表明:廠區(qū)存在較大的水平向地質(zhì)構(gòu)造作用,巖體的地應(yīng)力由自重和構(gòu)造應(yīng)力疊加而成;通過多方案分析論證,實(shí)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算應(yīng)力值與實(shí)測(cè)值在量值上和方向上均較為接近,表明反演得到的壩址區(qū)三維地應(yīng)力場(chǎng)是合理的,符合近壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造歷史背景,其成果可供工程采用。

在對(duì)江坪河水電站區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)特征進(jìn)行實(shí)測(cè)分析的基礎(chǔ)上,通過對(duì)三維模型施加不同的邊界載荷,對(duì)比分析應(yīng)力擬合點(diǎn)處的計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力,采用三維數(shù)值分析方法對(duì)水電工程壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行反演分析。結(jié)果表明:江坪河水電站壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)量值較低,最大主應(yīng)力為2.5mpa,方向?yàn)閚45°w;最小主應(yīng)力為1.5mpa,方向?yàn)閚45°e。應(yīng)力擬合點(diǎn)處應(yīng)力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較為接近,表明反演得到的壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)是合理的,符合壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造歷史背景。

地應(yīng)力場(chǎng)是一個(gè)受多種因素相互作用與影響的復(fù)雜系統(tǒng).這個(gè)系統(tǒng)包含相互聯(lián)系的不同組成部分,如自重,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用,地形、地勢(shì)等地貌情況,斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造,地質(zhì)力學(xué)參數(shù)等.地應(yīng)力作為引起變形和破壞的基本作用力,不僅是引起巖體變形和破壞的力源之一,也是影響巖體力學(xué)行為的主要控制因素,是進(jìn)行巖體工程問題分析、設(shè)計(jì)計(jì)算和穩(wěn)定性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的初始條件之一,因而在高地應(yīng)力地區(qū)進(jìn)行初始地應(yīng)力場(chǎng)的特征分析是非常必要的.盡管可以通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地應(yīng)力來直接準(zhǔn)確地為地應(yīng)力場(chǎng)提供數(shù)據(jù),但由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地應(yīng)力的測(cè)試費(fèi)用昂貴、測(cè)試所需時(shí)間長(zhǎng)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件艱苦等原因,不可能進(jìn)行大量的測(cè)量,因而利用有限的數(shù)據(jù)和科學(xué)的方法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地應(yīng)力場(chǎng)的反演分析十分重要,為實(shí)際工程活動(dòng)提供可靠依據(jù).

拉西瓦水電工程壩址區(qū)為高山峽谷地貌,受地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、自重、地表剝蝕和河流侵蝕卸荷等多因素影響而賦存有高地應(yīng)力,河谷區(qū)鉆孔巖芯餅化與探洞片狀剝落現(xiàn)象明顯。該區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)及其空間分布特征與多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及河谷演化歷史等因素有關(guān),要合理確定其三維地應(yīng)力分布狀況與大小難度較大。為此,采用多元回歸與逐步回歸相結(jié)合的方法對(duì)工程區(qū)域初始地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)反演。在此基礎(chǔ)上,深入研究了河谷區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)的空間分布特征與規(guī)律,并就其形成機(jī)理開展了多因素影響效應(yīng)分析,可供我國(guó)高地應(yīng)力區(qū)水電工程建設(shè)參考。

結(jié)合某水電站壩區(qū)地形地質(zhì)條件,利用21個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)資料對(duì)壩區(qū)的地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行三維有限元回歸分析,揭示了該地區(qū)域內(nèi)巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)的基本特征和分布規(guī)律,并研究了地質(zhì)構(gòu)造和左右岸各類結(jié)構(gòu)面對(duì)壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)的影響.

布西水電站位于四川西部高原,壩址區(qū)兩岸谷坡陡峻,河谷深切,形成超高邊坡。巖體中構(gòu)造裂隙較發(fā)育,各結(jié)構(gòu)面組合后,可能形成不穩(wěn)定楔體,影響邊坡的穩(wěn)定性;根據(jù)邊坡的分區(qū)特征,評(píng)價(jià)方法及結(jié)果,可為設(shè)計(jì)邊坡支護(hù)處理提供依據(jù)。

通過相似單裂隙巖體凍結(jié)三軸試驗(yàn),研究裂隙傾角、跡長(zhǎng)、隙寬、圍壓和溫度對(duì)單裂隙巖體力學(xué)特性的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明：裂隙巖體力學(xué)參數(shù)與傾角呈二次函數(shù)分布,與跡長(zhǎng)呈指數(shù)函數(shù)分布,通過擬合式（3）可近似計(jì)算巖體強(qiáng)度;巖體強(qiáng)度與圍壓呈線性分布,負(fù)溫條件下泊松比和彈性模量受圍壓影響較小;隙寬小于0.1mm或大于0.8mm時(shí),巖體強(qiáng)度隨隙寬增大而減小,隙寬在0.1-0.8mm之間時(shí),巖體力學(xué)參數(shù)幾乎不受隙寬影響;巖體強(qiáng)度隨溫度降低而增大的作用機(jī)制是巖體孔隙水和裂隙水凍結(jié)成冰,增大了顆粒間的凝聚力和摩擦角;裂隙傾角影響破裂面的起始位置,跡長(zhǎng)影響破裂面的擴(kuò)展規(guī)模,圍壓影響破裂面的延伸方向;傾角對(duì)巖體強(qiáng)度影響最大,跡長(zhǎng)次之,溫度影響最小。

通過相似單裂隙巖體凍結(jié)三軸試驗(yàn),研究裂隙傾角、跡長(zhǎng)、隙寬、圍壓和溫度對(duì)單裂隙巖體力學(xué)特性的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:裂隙巖體力學(xué)參數(shù)與傾角呈二次函數(shù)分布,與跡長(zhǎng)呈指數(shù)函數(shù)分布,通過擬合式(3)可近似計(jì)算巖體強(qiáng)度;巖體強(qiáng)度與圍壓呈線性分布,負(fù)溫條件下泊松比和彈性模量受圍壓影響較小;隙寬小于0.1mm或大于0.8mm時(shí),巖體強(qiáng)度隨隙寬增大而減小,隙寬在0.1~0.8mm之間時(shí),巖體力學(xué)參數(shù)幾乎不受隙寬影響;巖體強(qiáng)度隨溫度降低而增大的作用機(jī)制是巖體孔隙水和裂隙水凍結(jié)成冰,增大了顆粒間的凝聚力和摩擦角;裂隙傾角影響破裂面的起始位置,跡長(zhǎng)影響破裂面的擴(kuò)展規(guī)模,圍壓影響破裂面的延伸方向;傾角對(duì)巖體強(qiáng)度影響最大,跡長(zhǎng)次之,溫度影響最小。

壩基巖體力學(xué)參數(shù)的選擇是否合理,關(guān)系到工程的造價(jià)和安全運(yùn)行。魚潭水電站前期勘測(cè)工作,在加強(qiáng)壩基基本地質(zhì)條件調(diào)查的同時(shí),注重巖體力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試。通過對(duì)壩基巖體力學(xué)特征的研究,采用適宜的分析計(jì)算方法,并結(jié)合地質(zhì)條件、上部建筑物的工作狀況及可能實(shí)現(xiàn)的工程措施的綜合分析,為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了較為合理的參數(shù),工程投產(chǎn)至今,大壩運(yùn)行情況良好。

巖體力學(xué)在邊坡工程中的應(yīng)用——一、邊坡中的應(yīng)力分分析　　現(xiàn)有方法：　　（1）應(yīng)力測(cè)量法；　　（2）室內(nèi)光彈性和模擬實(shí)驗(yàn)法；　　（3）數(shù)值計(jì)法；　?。?）近似計(jì)算法　　

針對(duì)大崗山水電站壩區(qū)v型河谷地形地貌特征,根據(jù)地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料及地質(zhì)構(gòu)造條件,考慮邊坡淺表全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化地層以及斷層破碎帶對(duì)壩區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)的影響,建立了壩區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)三維回歸計(jì)算分析模型。通過多元回歸三維數(shù)值計(jì)算,求得地應(yīng)力最優(yōu)回歸系數(shù),較為準(zhǔn)確地反演了大崗山壩區(qū)的初始地應(yīng)力場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果表明,大崗山壩區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)是一個(gè)在淺部以構(gòu)造應(yīng)力為主、在深部以自重應(yīng)力為主、由構(gòu)造應(yīng)力和自重應(yīng)力聯(lián)合組成的中等偏高的地應(yīng)力場(chǎng),研究結(jié)果為壩區(qū)邊坡開挖及長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析提供了重要依據(jù)。

巖體力學(xué)性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試——由于室內(nèi)的巖樣存在體積小、脫離巖體的地質(zhì)力學(xué)性能的全貌等缺點(diǎn)，因而不能充分反映巖體的力學(xué)性能。而巖體的野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試就較為全面的反映巖體力學(xué)性能的全貌，這是室內(nèi)試驗(yàn)所不及的。本節(jié)我們討論巖體的變形性能和強(qiáng)度特性的現(xiàn)場(chǎng)試...

針對(duì)現(xiàn)行裂隙巖體宏觀力學(xué)參數(shù)選擇與確定方法的研究進(jìn)展和存在的局限性,結(jié)合室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)所得完整巖體和裂隙結(jié)構(gòu)面的力學(xué)參數(shù),采用裂隙巖體數(shù)值模擬等效計(jì)算方法,對(duì)西藏瀾滄江如美水電站壩址區(qū)裂隙巖體進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,分析了裂隙巖體參數(shù)等效的影響因子,提出了一種裂隙巖體宏觀力學(xué)參數(shù)三維模擬分析的新方法。

本文根據(jù)魯布革水電站原位試驗(yàn)洞實(shí)測(cè)位移,應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理,通過有限元數(shù)學(xué)模型的回歸分析計(jì)算,求解出巖體初始應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)?；貧w結(jié)果與實(shí)測(cè)位移、實(shí)測(cè)應(yīng)力值相比較是一致的,且符合工程實(shí)際。本文的研究結(jié)果表明,以實(shí)測(cè)位移為依據(jù)進(jìn)行回歸分析計(jì)算,其方法是可行的,成果是可靠的,可用于實(shí)際工程。

巖體力學(xué)與土力學(xué)——土的壓縮性是指土體在外部壓力及周圍環(huán)境作用下，體積變化的性質(zhì)。它包括土體體積的縮小、膨脹和體積不變下土體形狀的改變?！　⊥恋膲嚎s性大小通過壓縮性指標(biāo)來衡量。（）　　利用壓縮試驗(yàn)測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)?！　∧?庫侖強(qiáng)度理論...