拱壩整體地質力學模型試驗中復雜地基模擬設計及制作

針對某高拱壩壩址區(qū)地質構造復雜,兩岸壩肩巖體內存在斷層、煌斑巖脈、層間擠壓帶、深部裂隙等各類軟弱結構面等工程地質問題,本文利用三維地質力學模型試驗技術,采用強度儲備與超載相結合的綜合法試驗方法,研究了壩體和壩肩從加荷到破壞的整個過程,試驗中充分考慮了影響壩肩壩基穩(wěn)定的各種因素,既考慮拱壩上游超載情況,同時還重點模擬兩壩肩巖體中軟弱結構面強度弱化的影響。通過試驗獲得了壩肩壩基的變形及分布特征、失穩(wěn)的破壞形態(tài)和破壞機理。試驗結果表明:拱壩整體穩(wěn)定安全度約為4.7～4.9,拱壩的基礎處理效果較好,并針對壩肩的薄弱環(huán)節(jié)提出了加固處理措施建議。

結合小灣高拱壩壩肩壩基的地形、地質特征、軟弱結構面分布狀況、淺層松弛卸荷現(xiàn)象以及加固處理方案,建立三維地質力學模型,研制主要斷層的變溫相似材料,運用超載與降強相結合的綜合法對整體模型進行破壞試驗。通過試驗獲得小灣拱壩壩肩壩基的變形特征、失穩(wěn)的破壞過程、破壞形態(tài)及破壞機制,得到強度儲備系數(shù)為1.2,超載系數(shù)為3.3～3.5,確定拱壩壩肩壩基整體穩(wěn)定綜合法試驗安全系數(shù)為3.96～4.20。對試驗數(shù)據(jù)的綜合分析得出,兩壩肩中上部高程部位由于對斷層和蝕變帶采用了混凝土洞塞置換,其變位相對較小,破壞形態(tài)和破壞范圍相對較輕,說明混凝土加固洞塞置換起到較好的加固效果。根據(jù)試驗顯示的破壞形態(tài)和破壞區(qū)域,建議對右壩肩下游1245m高程以上的斷層f11和f10做一定范圍的處理,對左壩肩推力墩以上部分巖體進行適當?shù)募庸烫幚怼?/p>

在保證大壩穩(wěn)定設計時,除了數(shù)值模擬方法外,對高壩還應當進行地質力學模型試驗。本文敘述了地質力學模型試驗的工程意義,列舉了多個地質力學模型試驗實例,并對試驗方法及安全系數(shù)做了分析。

隨著試驗技術的發(fā)展,地質力學模型試驗已成為研究高拱壩整體穩(wěn)定性和安全度的重要方法。依據(jù)相似理論,按照1∶200比例建立楊房溝水電站整體三維地質力學模型,模擬拱壩-基礎及兩岸主要的斷層、節(jié)理裂隙及風化卸荷等地質條件,采用水壓超載法進行破壞試驗研究,分析拱壩、基礎及兩岸壩肩抗力體的應力、變形和穩(wěn)定安全度,研究拱壩-基礎整體穩(wěn)定性、失穩(wěn)破壞過程及超載能力,并與國內同類高拱壩研究成果進行對比分析,綜合評價楊房溝拱壩-基礎整體穩(wěn)定安全度。研究結果表明,拱壩起裂安全度k1=2.5~3.0,非線性開始安全度k2=4.0~6.0,整體穩(wěn)定極限安全度k3=11.0?？梢?楊房溝水電站拱壩-基礎整體穩(wěn)定性較高。

針對大崗山雙曲拱壩的工程地質問題,采用三維地質力學模型試驗技術,研究壩體和壩肩從加荷到破壞的整個過程和機制。試驗過程模擬大壩基礎的不連續(xù)巖體條件、巖體力學特性和整體雙曲拱壩。試驗考慮拱壩上游超載情況,同時還模擬兩壩肩巖體中軟弱結構面強度弱化的影響,為此研制適合該工程的變溫相似材料及試驗模擬新技術,并在一個模型上進行強度儲備與超載相結合的綜合法試驗。試驗結果給出拱壩在正常蓄水位和降強之后超載作用下的位移場,獲得壩體和壩肩的變形及分布特征、內部斷層典型測點的相對位移,揭示拱壩壩體和壩基失穩(wěn)前后裂縫發(fā)展的全過程及其破壞機制。得到強度儲備系數(shù)為1.25,超載系數(shù)為4.0～4.5,確定拱壩壩肩壩基整體穩(wěn)定安全度為5.0～5.6。對試驗數(shù)據(jù)的綜合分析,可以評價邊坡的穩(wěn)定性,并針對壩肩的薄弱環(huán)節(jié)提出加固處理措施建議。

介紹了牛頭山雙曲拱壩三維地質力學模型試驗,包括模型設計、模型制作、加荷和量測等。試驗給出了拱壩在正常蓄水位荷載作用下的位移場,測出了壩體、壩肩、斷層出露處以及壩基內部斷層各部位的位移,揭示了拱壩壩體和基礎失穩(wěn)前位移和裂縫發(fā)展的全過程及其破壞機理。對試驗數(shù)據(jù)的綜合分析,可以評價邊坡的穩(wěn)定性,并得到拱壩的整體安全度。

江口雙曲拱壩整體穩(wěn)定地質力學模型試驗研究——為了對江口拱壩基礎處理方案進行驗證，弄清大壩在正常荷栽作用下的位移場，了解拱壩和拱座的整體穩(wěn)定，采用地質力學模型進行了試驗研究，全面模擬了江口大壩基礎的不連續(xù)巖體條件、巖石力學性質和基礎處理方案，揭...

針對江口壩區(qū)內的多條軟弱夾層以及斷層、裂隙等地質構造不利條件對壩體穩(wěn)定的影響,設計采取了基礎處理措施.通過地質力學模型試驗,研究江口大壩在進行基礎處理后,壩體在設計荷載及超載作用下的穩(wěn)定情況,為設計提供科學依據(jù).

針對萬家口子雙曲拱壩的地質問題,采用三維地質力學模型試驗技術,全面模擬了大壩基礎的不連續(xù)巖體條件、巖石力學性質、基礎處理和整體雙曲拱壩,研究了基礎對大壩結構變形和穩(wěn)定的影響,揭示拱壩壩體和壩肩從加荷開始到破壞的整個進程和機理,從而得出了拱壩的破壞機理及超載安全能力。

隨著經濟的強盛,水利事業(yè)的發(fā)展,我國大壩、高拱壩數(shù)量大增,大壩老齡化現(xiàn)象也在增加,大壩的安全穩(wěn)定運行是一不容忽視的問題。因此,研究大壩的穩(wěn)定及內在規(guī)律就具有很強的工程意義和現(xiàn)實意義。同時由于工程問題的復雜性使高拱壩整體穩(wěn)定兼具了挑戰(zhàn)性和前沿性。本文從30年的模型試驗出發(fā),對該問題進行了有意義的研究。

結合四川寶興河銅頭水電站混凝土拱壩,對壩肩穩(wěn)定進行了三維地質力學模型試驗研究,試驗中采用變溫相似材料模擬壩肩壩基巖體中的軟弱結構面,運用超載與強降相結合的方法進行破壞試驗。主要探討了該拱壩壩肩失穩(wěn)的破壞過程、破壞形態(tài)和破壞機理,獲得了壩肩整體穩(wěn)定安全度。試驗表明:采用超載與強降相結合的破壞試驗方法得到的安全度為3.12～3.51。同時表明在正常運行情況下,壩肩是穩(wěn)定的,在強降階段,壩肩出現(xiàn)開裂,尤以左壩肩為甚,因此對兩壩肩特別是左壩肩上部進行加固處理是十分必要的。

小灣水電站是瀾滄江中下游河段梯級開發(fā)的“龍頭”水庫,大壩為292m高的雙曲拱壩,壩址具備修建高拱壩的優(yōu)越地形條件,但地質條件較為復雜。針對小灣拱壩1210m高程壩肩的地形地質條件,對壩肩未進行加固處理方案,采用地質力學模型試驗方法,抓住影響壩肩穩(wěn)定的主要因素,利用超載法進行破壞試驗研究,分析壩體及壩肩變形分布特征,探討壩肩失穩(wěn)的破壞過程、破壞形態(tài)和破壞機理,確定壩肩超載穩(wěn)定安全度。

北溪水電站混凝土雙曲拱壩由于特殊的地形地質條件，壩體應力和壩肩穩(wěn)定是關系工程成敗的關鍵。為此設計在進行拱梁分截計算的同時，進行了三維有限元非線性分析和地質力學模型試驗。試驗表明，大壩和壩肩的運行狀態(tài)能夠滿足安全運行的要求。

采用三維地質力學模型試驗技術,研究某雙曲拱壩壩基內的軟弱夾層和裂隙對壩體整體穩(wěn)定性的影響,以及在超載情況下的壩體的破壞形式和破壞發(fā)展過程,從而對大壩的安全性作出了科學評價。

本壩壩肩地基中有傾向上游軟弱不連續(xù)面,通過1號、2號、3號和4號模型試驗,分別從正、反兩方面說明模型拱壩發(fā)生了上滑(抬)破壞現(xiàn)象。從1號到4號模型,由于不斷地增加了垂直向的阻控上抬措施,致模型中大壩超載破壞安全度由低于1.5p0～1.7p0,增加到了可以接受的3.5p0～5.4p0或3.5p0～4.5p0。上抬主因是f上盤巖石基礎沿該面發(fā)生逆向滑移。不同于沿壩基接觸面,它是另一種沿地基內軟弱不連續(xù)面發(fā)生的上滑。

(簡明土木工程系列專集)建筑科學類著者:周維恒林鵬等出版時間:2008年1月開本:大32k頁數(shù):269裝幀:平裝標準書號:isbn978-7-5084-5225-8定價:$16.00元

拱壩作為一種安全性及經濟性均較優(yōu)的壩型,在世界各地都得到了廣泛的采用。然而拱壩對地形地質條件的要求較其它任何壩型都高,壩肩的穩(wěn)定與否,將直接關系到工程的正常運行和安全性。所以拱壩壩肩穩(wěn)定是拱壩設計中需要重點關注的問題。錦屏一級水電站壩址具備修建高拱壩的優(yōu)越地形條件,但地質構造較復雜,壩肩抗力體內部存在斷層、層間擠壓帶、煌斑巖脈x及深部裂縫等不良地質構造,直接影響到拱壩壩肩的整體穩(wěn)定安全性,需要開展壩肩穩(wěn)定深入研究。本文采用強度儲備與超載相結合的三維地質力學模型綜合法試驗對錦屏一級拱壩壩肩的地形、地質條件進行模擬,研究拱壩壩肩的穩(wěn)定性。通過破壞試驗得出了壩體與壩肩變形及分布特征、壩肩破壞形態(tài)和破壞機理,確定了壩肩綜合試驗法穩(wěn)定安全度,并針對壩肩薄弱環(huán)節(jié)提出了加固處理措施建議。

本文的試驗研究以相似原理為依據(jù),以幾何和力學條件相似為必要條件,獲得滿足模擬要求的模型材料配合比。通過試配比制塊,采用單向壓縮試驗測得試件變形模量再核算調整配合比,經進行多次調整后得到滿足相似要求的模型巖體材料的變形模量,從而達到解決地質力學模型試驗巖體材料相似模擬研究目的,實現(xiàn)工程不同地段巖體材料的模擬,為地質力學模型試驗研究提供基礎資料和試驗依據(jù)。

介紹地質力學模型試驗的研究進展,包括新型相似材料、組合式模型試驗裝置及應變、位移量測新技術。新型相似材料能更好地模擬工程巖體,且價格低、易干燥、可重復利用。研制的新型組合式模型試驗臺可自由組裝、剛度大、整體穩(wěn)定性好,液壓加載系統(tǒng)可實現(xiàn)自動伺服控制和梯度加載。應變測試采用先進的高速靜態(tài)應變采集分析系統(tǒng)和光纖測試技術,模型內部位移采用研制的光柵式微型多點位移計測量,隧洞表面位移采用內卡規(guī)、攝影測量和ccd激光位移傳感器測量。上述測量手段具有自動化、高精度、受干擾小的特點,可得到更精確的試驗結果。最后,以工程為例說明地質力學模型試驗在分岔隧道研究中的應用。

拱壩壩肩巖體在斷層、裂隙、層間剪切帶等地質缺陷的作用下形成了不同規(guī)模的滑動塊體,從而削弱了壩肩巖體的完整性,降低了壩肩巖體的承載能力,影響壩肩的穩(wěn)定安全。為了分析壩肩滑動塊體穩(wěn)定性,以立洲拱壩工程為例,采用地質力學模型試驗,分析兩壩肩的地質構造及主要軟弱結構面的產狀發(fā)現(xiàn),兩壩肩存在四種潛在的滑動塊體。在此基礎上,通過地質力學模型超載法對壩肩巖體進行破壞試驗,得到了滑動塊體的失穩(wěn)破壞機理、破壞形態(tài)及影響滑動塊體穩(wěn)定的控制因素,為解決類似工程問題提供了參考。

高邊坡節(jié)埋巖體地質力學模型試驗研究——按彈塑性體相似判據(jù)和破壞階段相似判據(jù)確立相似常數(shù)、模擬山體形態(tài)、結構面和巖石物理力學性質、地應力、邊界條件和埋設地點、建立三維模型、模擬開挖卸荷過程，監(jiān)測邊坡形態(tài)、地應力釋放和山體應變，認識到邊坡變形的主...

分岔式隧道是一種新型隧道結構型式,目前尚無相應的設計、施工技術規(guī)范和標準可循,為了解這種新型隧道結構的應力和變形狀況,采用三維地質力學模型試驗方法對目前在建的滬蓉西高速公路大型分岔隧道進行研究。試驗成果有效地揭示分岔隧道洞周的應力、位移變化規(guī)律和分岔隧道圍巖的破壞機制,獲得分岔隧道的設計和極限承載安全度,為分岔隧道的優(yōu)化設計和施工提供了有工程指導意義的建議和結論。