锦屏一级水电站库区中小地震震源机制解与局部应力场特征

利用四川及邻区数字地震台网2013—2018年的波形资料,基于CAP和HASH方法反演得到锦屏一级水电站(以下简称锦屏水库)库区及周边M_(L)≥2.5地震的震源机制解,根据DRSSI方法计算得到库区局部应力场信息,结合该区域的地质资料,从震源机制参数和局部应力场变化等方面讨论了水库加卸载对该区域地震活动的影响.取得的主要认识如下:(1)库区地震活动类型以走滑型为主,不同加卸载阶段震源机制类型存在一定差异,库区蓄水前期震源机制类型呈现多样性,蓄水后期与区域背景场趋于一致;(2)库区应力场最大主应力方向以NNW-SSE向为主,分时段结果显示,蓄水后期局部应力场最大主应力方向由NNW向逐渐发生偏转至NW向;(3)库区周边的地质构造和岩性条件有利于库水的渗透,蓄水后重力载荷和流体渗透的共同作用导致岩体断层面库仑应力的变化,从而呈现出库区蓄水前后中小地震活跃程度的显著差异特征.

2002—2021年雅砻江锦屏一级水电站库区NDVI时空变化及其与气候因子的相关性

利用长时间序列的MODIS遥感影像和气象数据,应用归一化植被覆盖度指数(NDVI)、趋势分析、Mann-Kendall统计检验法、相关分析等方法,分析了2002—2021年雅砻江锦屏一级水电站库区植被覆盖的时空分布和变化趋势,对植被覆盖度的变化突变点进行识别,探讨了区域植被覆盖度与气候的关系,解释了可能导致植被覆盖度变化的原因。结果表明:1)近20年来,锦屏一级水电站库区NDVI总体呈增长趋势,海拔3000~3500 m是区域内NDVI最高的区间,NDVI呈现减少主要为近库区沿岸海拔2500 m以下区域,呈现增加的主要集中在库区西南部、西北部及东北部海拔2500~3500 m区域;2)锦屏一级水电站库区蓄水前10年植被覆盖度增加速度低于蓄水后10年的植被覆盖度增加速度,并在蓄水完成的2014年出现了转折点;3)锦屏一级水电站库区植被覆盖度的变化与湿度、降水相关,区域内生态保护与恢复工程和库区防护林营造工程的实施也起到了一定成效。

锦屏一级水电站左岸边坡微震监测系统及其工程应用

锦屏一级水电站坝区山高坡陡,两岸山体地应力高,左岸存在深部裂缝、低波速松弛岩体、煌斑岩脉(X)及f2,f5断层等复杂地质条件。为对左岸边坡深部岩体微震活动性进行实时监测和分析,2009年6月该边坡安装加拿大ESG公司生产的微震监测系统。通过构建左岸边坡三维地质模型和优化传感器布设方案,采用人工定点爆破试验对监测系统定位性能进行测试,结果显示在传感器阵列范围内的震源定位误差小于12m,证明系统具有较高的定位精度。对拾取的事件波形进行分析和聚类研究,给出系统运行以来微震事件的时空分布规律,初步圈定左岸边坡微震活动引起的深部岩体变形区域,并结合RFPA有限元软件对比研究边坡应力场和潜在滑裂面。研究结果表明,该边坡微震监测系统的设计和实施满足深部岩体变形的全局监测,能够识别左岸边坡可能存在的潜在岩体破坏区域和滑移面,为边坡后期生产性灌浆以及加固处理提供一些参考,也为高岩质边坡稳定性分析提供一个新的研究思路。

锦屏一级水电站地下厂房围岩变形与破坏特征分析

结合地质、监测、物探及施工资料,对地下厂房施工期围岩的变形与破坏特征进行分析。分析结果表明,高地应力和低强度应力比条件下,围岩的变形不再主要由地质结构面的张开变形构成,由岩块破坏产生的变形所占比重增加。围岩的变形量级和松弛深度相对较大,边墙的主要松弛深度为12～15m,部分大于15m。围岩变形量级与松弛深度成正比,而松弛深度呈现出渐进扩展的趋势,因此变形的时效性应理解为围岩破坏的渐进扩展过程,与常规的流变概念存在差别。主厂房及主变室下游拱腰部位混凝土喷层鼓胀性裂缝是层状岩体在高应力条件下的卸荷劈裂和向临空面的屈曲破坏的结果,这种破坏导致下游拱脚部位位移测值的增大。主变室上游边墙混凝土喷层裂缝表现为张性开裂,主要原因是母线洞开挖后岩体应力集中导致的岩体压裂破坏。在高地应力条件下,地下洞室群开挖是否可采用"先墙后洞"的施工方案是一个值得探讨的问题。

锦屏一级水电站复杂地质条件下坝肩高陡边坡稳定性分析及其加固设计

锦屏一级水电站是我国在建的世界最高拱坝,坝肩工程边坡高度达500m,规模巨大。电站枢纽区地处深山峡谷地区,自然谷坡高陡,地应力水平较高,谷坡岩体卸荷强烈,并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝等不良地质现象。在地质条件详细调查基础上,分析左岸缆机平台以上的顺坡向倾倒变形体、左岸1800m高程以上的楔形双滑变形拉裂体等坡体结构及其破坏模式,并进行边坡稳定性分区和计算分析。根据坡体结构特点,确定少开挖、弱爆破、强支护、分区分层支护、控制整体、以面覆点的开挖施工和加固设计原则,实施以预应力锚索和抗剪洞为主、辅以锚杆、混凝土框格梁等措施的局部和整体、浅表和深层的全方位、多层次边坡加固控制体系。精细设计并严格控制施工时序、爆破技术和工艺,保证建基面岩体质量,通过动态设计和完善的管理机制确保边坡施工安全。2006年7月～2009年9月边坡监测资料表明:边坡浅表最大横向位移79.5mm,最大垂直下沉位移52.5mm,主要受地层岩性和坡体结构控制;深层最大变形量60mm,最大速率0.1mm/d,主要受深部裂缝控制;目前位移均趋于收敛,满足安全控制标准。锦屏一级水电站坝肩高边坡工程的成功实施为我国工程建设提供新的经验和借鉴。

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。

从工程地质类比的角度看锦屏一级水电站左岸深部裂缝的形成

锦屏一级水电站左岸高陡边坡内部水平向很大深度上发育了大量裂缝。合理解释这一特殊的工程地质现象成为工程地质学的新课题。从工程地质类比的角度对锦屏一级水电站坝区4个边坡工程地质条件进行了详细比较,指出了区域的地壳活动水平和构造应力场强度是普斯罗沟左岸边坡深部裂缝形成的本质原因和前提条件,但是仅仅具备这个条件并不一定在边坡内部出现深部拉裂,普斯罗沟左岸边坡的边坡坡体结构以及岩性组合是深部裂缝形成的物质基础。从力学机制上来讲,它与三滩左岸边坡的变形力学机制应该相同,只是岩性和岸坡结构导致的变形破坏形式不同。

锦屏一级水电站普斯罗沟左岸深部裂缝成因的工程地质分析

通过对锦屏一级水电站普斯罗沟坝址左岸深部裂缝空间发育规律、深部裂缝变形特征的考察 ,从地质、力学、数值方法多方面分析了造成深部裂缝发育规律和变形特征的因素。在此基础上明确指出 ,普斯罗沟左岸深部裂缝的成因就是边坡在自重应力和构造应力的复合应力场卸荷的结果 ,没有超出常规意义下边坡卸荷作用的范畴。

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t/F和强度折减系数Ft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。

雅砻江锦屏一级水电站坝址区实测地应力与重大工程地质问题分析

本文对雅砻江锦屏一级水电站坝址区Ⅱ1-Ⅱ1及其前后剖面实测地应力进行了系统整理分析。分析结果表明:在相同的水平和垂直埋深条件下左岸坡角应力大小较右岸坡角小,这主要是由边坡岩体结构确定的;左岸导流洞开挖过程中在应力大小较右岸低的情况下出现坍塌工程地质问题也与左岸边坡岩体结构有关,而非岩爆等诱发。另外对左岸岩体深部裂缝在已有研究成果的基础上从应力集中、能量积累角度初步提出了新的边坡变形破坏方式,并从岩体结构和地应力大小方面对锦屏一级水电站工程建设过程中左、右岸应注意的工程地质问题提出了初步建议。

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。

锦屏一级水电站进水口叠梁门分层取水结构对流态及结构安全的影响

针对锦屏一级水电站进水口叠梁门分层取水结构布置,通过水力模型试验和三维有限元结构分析,对其水力特性及结构安全影响进行深入研究和论证。研究结果表明,工程分层取水结构布置水流流态较稳定,作用在叠梁门上的最大正的冲击压强小于200 kPa,轴向拉应力最大值为5.861MPa,发生在纵撑部位。各部位的应力水平尚在正常范围内,均能通过局部加强配筋等措施解决,能够满足工程正常运行的要求。将叠梁门分层取水技术应用于电站进水口设计中,并提出改善水力特性和优化结构应力状态的措施和方向,使该技术得以在许多大、中型水电站中推广应用。

锦屏一级水电站软弱岩体高水头弱化效应的试验研究

在建的锦屏一级水电站蓄水后坝基(肩)软弱岩体在高水头作用下的弱化效应是工程建设十分关心的问题。为揭示这种弱化效应,提出一套岩体水压弱化效应的试验研究方法:采用岩体形成过程–力学条件模拟,力学参数控制三轴压缩全过程试验的手段制备岩体试件,对岩体试件进行现今天然状态与1~4 MPa静水压力的系列三轴压缩试验(围压为5,10,15,20,25,30 MPa)。试验结果及分析表明,在浅部低应力岩体中弱化效应十分显著,强度参数中的内摩擦因素f的弱化程度在13%以内,c的弱化程度随静水压力的升高而急剧增大,最大可达100%;变形模量的弱化程度在20 MPa围压以下随静水压力的升高而增大,随围压的升高而减小,围压达到20 MPa后则基本无弱化现象。同时,建立了不同静水压力工况下岩体力学参数预测模型。这些成果已在锦屏一级水电站工程建设中得以应用,研究方法为岩体力学性能的试验室研究开辟了新的有效途径。

锦屏一级水电站地下厂房下游拱腰喷层裂缝成因分析

雅砻江锦屏一级水电站地下厂房的监测结果显示,下游拱腰处混凝土喷层开始出现鼓出开裂现象,随后裂缝持续扩展,喷层大量剥落;同时,下游拱腰处围岩位移和锚杆应力也显著增加。经过详细的现场地质调查,并结合厂房的受力情况进行数值计算,分析厂房下游拱腰处围岩变形破坏及混凝土喷层开裂剥落的原因。研究结果表明:高地应力和偏压作用在下游拱腰部位形成高强度的应力集中是导致该部位混凝土喷层开裂剥落的主要原因,主变室的开挖和围岩中第四组结构面的普遍发育加剧混凝土喷层的开裂和剥落。

锦屏一级水电站拱坝施工进度仿真分析与方案比选

针对锦屏一级水电站拱坝坝体混凝土施工,系统分析了混凝土浇筑缆机数量、浇筑层升层高度和层间间隔时间与施工进度之间的关系,仿真分析了坝体施工进度、混凝土浇筑强度、机械设备效率等工程控制性参数,对大坝混凝土施工方案进行了比选,合理安排了坝块浇筑顺序,以便实现工程的计划工期。

锦屏一级水电站f_5断层、煌斑岩脉复合灌浆技术研究

锦屏一级水电站发育的f5断层和煌斑岩脉对坝基的变形稳定、基础应力传递等极为不利,严重影响大坝稳定性及安全运营。针对f5断层、煌斑岩脉水泥灌浆存在的问题,结合f5断层和煌斑岩脉工程地质特征,开展f5断层、煌斑岩脉的水泥-化学复合灌浆加固技术研究。首先,对水泥-化学复合灌浆的作用机理进行分析,从灌浆材料、灌浆方法、现场灌浆试验、灌浆效果评价等方面进行了分析研究。研究结果表明,所采用灌浆材料可灌性较好,施工工艺、灌浆参数基本合理;灌浆后岩体透水性得到了改善,对f5断层、煌斑岩脉声波波速、变形模量等有一定程度提高,但仍然没有达到设计要求。基于水泥-化学复合灌浆存在的问题,分别从灌浆材料、灌浆参数和灌浆质量检查等方面提出了优化建议。

锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究

介绍锦屏一级水电站高边坡工程整体的模型试验方法,以检验和评价该工程的整体实效与稳定性。根据现场高边坡实际开挖工程、已完成支护及工程地质等条件,建立三维地质力学模型,采取施加上部荷载和底部动荷载方式,模拟和测试该边坡在上部山体正常荷载作用下边坡工程的稳定性、爆破振动荷载作用下的边坡工程稳定性,以及超常荷载作用下边坡工程的破坏过程与安全度。试验与分析结果表明,正常荷载应力作用下,该高边坡工程变形较小,边坡无破坏且稳定;在下部爆破振动工况下,未出现边坡及支护开裂与破坏,而在不断增加的超载作用下,边坡最终发生开裂和失稳破坏,且裂缝主要出现在锚固区之外。试验给出边坡变形及破坏的全过程,定量分析边坡变形和应力变化规律,探明边坡应力、变形及破坏趋势。研究结果表明,前期完成的高边坡支护工程是有效的,整个边坡在目前工况下是稳定的,并对边坡安全提出建议:后期边坡工程应有足够锚固强度,避免损伤岩体,加强长期现场监测与信息反馈。此模型试验具有重要的工程意义及实际价值。

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。

锦屏一级水电站左岸边坡深部裂缝成因初探

对锦屏一级水电站边坡工程地质条件、坝址区实测地应力分布及左岸深部裂缝发育规律进行全面分析,采用UDEC和3DEC离散元程序模拟锦屏一级水电站河谷的演化发展,对河谷边坡不同演化阶段应力场的变化规律及变形与卸荷分带规律进行深入分析。根据数值模拟结果并结合河谷边坡变形及地应力现状特征,认为锦屏一级水电站左岸发育的深部裂缝是在河谷地质结构上软下硬、地层反倾、上部开阔下部狭窄、下蚀迅速和区域高应力背景的特定条件下,在河谷下切至1830～1730m高程阶段造成边坡1700～1850m高程范围的局部应力集中到超过岩体强度而产生岩体屈服破坏的结果。从工程地质定性的角度分析,目前左岸发育的深部裂缝对边坡稳定性的影响有别于区域构造断层,其对工程边坡的影响是有限的、局部的,工程中切实保护河谷1680m高程以下岩体是控制深部裂缝进一步发展及保证边坡稳定的基本原则。

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。