西南水电高陡岩石边坡工程关键技术研究

我国西南地区山高谷深,水力资源丰富,高坝大库工程较多。由于特定的地形地质条件,高陡边坡稳定问题突出,成为制约水电资源开发和工程建设的关键技术问题之一。立足于西南水电岩石边坡工程实践,结合边坡工程科研成果,总结分析边坡工程的主要技术特点和关键技术问题,提出边坡工程研究思路和研究内容;在此基础上,从边坡地质条件、设计理论与方法、实施过程控制等方面,对边坡深裂缝成因、坡体结构、参数取值、安全控制标准、加固设计方法、反馈分析等若干关键技术问题,进行一些探索,提出一些新的认识。研究成果在水电工程边坡设计和建设过程中得以成功应用,特别是由深卸荷松弛岩体组成的锦屏一级特高边坡(530 m)和大岗山特高边坡(420 m)实施效果良好,对边坡工程勘察设计和岩石力学理论研究具有借鉴意义。

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。

峡谷地区水电工程高边坡的稳定性研究

结合锦屏一级水电站进水口高边坡的稳定性研究,进一步总结了高山峡谷地区水电高边坡的研究方法。在现场地质条件调查的基础上对工程高边坡的破坏模式进行判断,以采取相应的计算分析方法。高山峡谷地区边坡稳定性受地貌的影响明显,因此稳定性分析模型必须真实反映研究区的地形地貌特征,建立精确的计算模型。计算分析中采用多种方法相互印证,相互补充。经过多种手段的计算研究,结果表明,锦屏一级水电站进水口边坡整体稳定,但在边坡上部的2(6)层中需采取一定的支护措施。由此不仅可以保证锦屏一级水电站的工程安全,且为高山峡谷地区类似的水电工程高边坡的稳定性研究提供了可借鉴的经验和方法。

论水电工程边坡分类

相对其他工程而言,水电工程边坡规模大,所处的地质环境条件更加复杂。随着我国水电工程的大开发,在高山峡谷中修建了不少高坝,边坡开挖高达300m以上,而且在开口线之上还可能存在数百米甚至千米以上的自然边坡,坡度陡峻,高边坡的稳定性问题已经成为工程建设中的关键技术问题。为揭示边坡特征,方便描述、交流和评价,进行科学的边坡分类就具有重要的理论和现实意义。在收集分析国内外边坡分类体系的基础上,笔者结合多年来的工程实践认为,已有的边坡分类方法不能完全适应水电工程边坡状况,有必要进行改进与完善。根据针对性、体现本质、层次性和系统性等4个原则,本文提出了水电工程边坡分类框架:第1层次按边坡与所在工程位置关系划分;第二层次按边坡重要性和危害性进行边坡分级;第三层次按边坡特征、几何特征和变形破坏特征进行分类;在第四层次分类中,再依据其物质组成、坡体结构、坡度、高度、变形机制、破坏形式、变形范围和边坡的危险源分别进行了进一步的分类。文中首次提出了边坡分级表、峻坡与悬坡、高边坡与超高边坡的分界线、以及环境边坡按危险源的分类方法。建议峻坡与悬坡的分界为60°,高边坡与超高边坡分界为80m,>300m的边坡为特高边坡,并指出采用坡体结构进行分类,能揭示边坡可能变形破坏的边界条件和失稳模式,其工程应用性更强。

汶川大地震紫坪铺混凝土面板堆石坝震害现象与变形监测分析

2008年5月12日四川汶川发生8.0级大地震,震中烈度XI度,造成地面建筑物严重破坏。紫坪铺面板堆石坝坝高156m,距汶川地震震中17km,是地震灾区距地震震中最近、工程规模最大的一个高坝水库工程。紫坪铺大坝受地震影响,产生了一定的变形破坏,引起学术界和工程界广泛关注。依据大坝地震后宏观变形现象和变形监测资料,对大坝堆筑体和混凝土面板的变形破坏现象进行详尽的描述和分析;在此基础上综合分析认为,大坝变形特征以沉降为主,水平位移相对较小,大坝整体处于收缩压密状态,最大沉降发生在大坝顶部,量值为900～1000mm,沉降与坝高之比约为0.6%,大坝坝体和下游坝坡没有产生显著破坏,大坝结构功能受地震影响较小。

一种基于稳定性评价的岩质边坡坡体结构分类方法

对目前岩质边坡勘测研究中所使用的结构术语及概念进行了梳理和厘定,提出了基于边坡稳定性评价的坡体结构的概念;结合我国近年来水电工程岩质边坡勘测实践,以边坡主控结构面和潜在变形失稳模式为核心,总结提出了坡体结构类型划分体系,即将岩质边坡划分为层状坡体结构、中陡裂隙(面)控制坡体结构、楔形坡体结构和均质坡体结构四个大类九个亚类。该坡体结构概念及其分类体系对于复杂岩质边坡稳定性的定性评价、计算方法选择、边界条件确定以及稳定控制方案的制定具有指导意义。

汶川地震灾区大中型水电工程震损特征初步分析

2008年5月12日14时28分四川汶川发生里氏8.0级地震。依据工程震损调查成果,对地震灾区大中型水电工程各建筑物震损情况进行了总结和震害特征初步分析,提出了几点初步认识。

左岸深部裂缝的地质特征及成因分析

锦屏一级水电站普斯罗沟坝址左岸发育的深部裂缝,由于其分布深度大,张开破裂形态多样,且超出过去工程经验认识范围。因此,自勘探揭示以来其成因问题一直受到高度重视。在对其空间分布规律、地质特征进行了充分揭示的基础上,对其成因从地震地质、河谷演化、构造学、数值模拟等多方面开展了多次专题研究。认为普斯罗沟坝址左岸深部裂缝是在特定的高边坡地形、地质构造、高地应力环境和岩性组合条件下,伴随河谷的快速下切过程,边坡高应力发生强烈释放、分异、重分布,在原有构造结构面基础上卸荷张裂形成一套边坡深卸荷裂隙体系。

四川省水力资源开发潜力及发展前景

四川省水力资源十分丰富,可开发资源总量占全国第一;全省80%的资源集中分布在金沙江、雅砻江和大渡河三大江河上,开发条件优越。由于种种原因,四川省的水力资源没有得到应有的开发,开发利用率低于全国平均水平。随着国家西部大开发战略和"西电东送"工程的实施,四川省水力资源的开发已经纳入计划,开发势头喜人。可以预见,在不久的将来,四川省大部分水力资源将会得到进一步地开发利用,成为四川省的经济支柱产业之一,为四川乃至全国的经济发展做出贡献。

基于实例推理系统的滑坡预警判据研究

为研究滑坡预警预报指标,建立了31个典型岩质滑坡组成的滑坡数据库,基于滑坡数据库、工程类比和模糊综合评判方法开发了滑坡实例推理系统。首先将滑坡特征属性分为6大项:破坏模式、滑面倾角、滑面类型、边坡岩体结构、边坡倾角、滑坡的诱发因素(降雨、地下水、水库蓄水、开挖、爆破、地震),用11个特征值表示边坡的特征属性;其次采用比值法相似度计算理论在滑坡数据库中搜索与目标边坡最相似的滑坡,通过工程类比给出滑坡预警判据建议值;最后依据模糊综合评判模型修正建议值,得到预警判据确认值,形成滑坡实例推理系统。以锦屏一级水电站为例,通过计算找到了滑坡数据库中与锦屏一级水电站左岸边坡最为相似的5个滑坡实例;其中大冶铁矿狮子山滑坡和安家岭露天矿滑坡有较为完整的变形监测数据,深入分析类似边坡变形破坏过程,分4个阶段给出了锦屏一级水电站左岸边坡预警判据建议值;并建立边坡预警判据修正的模糊综合评判模型,修正相似边坡预警判据,给出锦屏一级水电站左岸边坡进入加速变形阶段的位移速率阀值的精确区间为1.0～1.2 mm/d。

深埋混凝土抗剪结构加固设计方法及其在大型边坡工程治理中的应用

传统边坡治理技术均采用坡面加固,即使采用抗滑桩、锚索等加固措施的治理深度大多小于80 m,对于存在主控结构面埋深大、强度低的大型潜在滑体的边坡工程,其加固治理尚无成熟方法,一般采用避让和减载等被动方法。以锦屏I级水电站左岸边坡为例,系统阐述在大型边坡工程治理中,深埋混凝土抗剪结构的加固原理及运用条件、洞线设计及洞型选择、开挖方式及施工程序设计、回填混凝土结构及灌浆设计。三维数值分析与现场实践表明,在具有深埋滑裂面的岩石边坡治理工程中,这种结构措施具有置换、补强及抗剪等综合作用,是行之有效的加固治理方法。研究成果可对类似边坡工程问题提供经验和借鉴。

水电工程环境边坡概念及其工程地质分类

为突出工程边坡周边边坡的重要性,提高主动防御性,在厘定边坡概念的基础上,提出了水电工程的环境边坡概念。环境边坡是自然边坡的一部分,范围视水工建筑物及其重要程度,失稳地质体的规模及其稳定性、势能及其危险度而定,下界以开口线为准,上界一般可取第一分水岭。在对环境边坡进行地质分析时,更应注重对局部的、个别的、高悬的失稳块体的稳定性调查与评价。

基于变形加固理论的岩土边坡稳定和加固分析

传统的刚体极限平衡法和强度折减法在分析边坡稳定和加固时存在一定的局限性。基于变形加固理论,建立了基于弹塑性有限元分析的边坡稳定和加固分析方法。以余能范数作为边坡整体稳定评价的指标,通过强度参数降低过程中的余能范数的变化来确定边坡的整体稳定安全系数。加固的关键部位和加固力的大小通过边坡中不平衡力的分布来确定。滑动面则由方向相反的、成对的不平衡力的分界面来确定。针对3个经典边坡算例,分析了强度参数逐渐降低过程中的余能范数的变化和不平衡力的分布,确定了边坡的稳定安全系数以及相应的加固关键部位和加固力的大小。结果表明,变形加固理论基于岩土的三维非线性有限元分析,以此来进行边坡的稳定和加固分析是非常有效的,强度参数降低过程中不平衡力的发展演化过程反映的是边坡的破坏过程。

中国地下水电站洞室群工程特点分析

近年来,我国的水电能源开发得到了空前的发展,取得了世界瞩目的成就。总结、归纳已有工程的特点,对地下工程建设具有重要的指导和借鉴意义。在收集、整理大量的国内外地下水电站洞室群资料的基础上,根据多年来地下水电站厂房工程实践,分析了我国地下水电站洞室群工程的特点。研究得出:随着时代的进步和开挖技术的发展,地下洞室群的断面面积、高度、宽度和长度均呈指数式快速增长,规模之大,居世界第一。花岗岩、灰岩、砂岩约占洞室围岩总数的67%,总体上围岩介质强度高,工程地质条件好。随着水电能源开发向西推进,地下洞室埋深的加大,原始地应力值越来越大,高地应力的地下洞室超过50%,导致地下洞室群出现了超乎寻常的变形和破坏事件。除重力驱动型破坏之外,应力驱动型和复合型破坏模式日益增多。建议针对高烈度、高地应力、围岩条件较差的洞室,应考虑采用曲线体形而不是沿袭拱顶直边墙体形。

川西南雷波地区降水的D和^(18)O同位素研究

通过对川西南雷波地区不同高程降水站历时一年４８个降水的Ｄ和１８Ｏ同位素资料的回归分析，得到本区大气降水方程，尝试把全年降水期段分为雨季和非雨季，并按降水量加权平均的方法求取了川西南地区降水量效应方程和高程效应方程及δ值高度梯度，使所得结果更加逼近实际，相关系数达０．９４７。

四川省水力资源开发现状及发展展望

四川水力资源丰富,技术开发容量占全国第一,但水力资源的开发利用程度只占全国平均利用率的一半。随着西部大开发战略的实施和国民经济发展对电力不断增长的需求,四川水电呈现出良好的发展势头。

论四川省水力资源的可持续开发

四川省水力资源丰富,开发条件优越,是我国不可多得的水电能源基地之一,在我国实现能源平衡和"西电东送"战略中具有举足轻重的作用。对其有效开发利用,对促进我国、包括四川省的经济发展、减少燃煤使用造成的大气污染、提高长江中下游地区的防洪标准等具有巨大的经济、社会和环境效益。简述了四川省水力资源的分布特点和利用现状,在此基础上论述了四川省水力资源必须大力开发的必要性,最后提出了四川省水力资源可持续开发存在的主要问题和采取的主要措施。

地下洞室围岩EDZ判别方法及标准

在引入EDZ概念的基础上,推荐采用声波、多点位移计、钻孔电视和声发射4种监测、检测技术方法来确定强、弱EDZ的深度。基于声波测试,通过分析波速-深度曲线特征和计算损伤因子D可以判别围岩EDZ;利用多点位移计和钻孔电视的监测检测成果,通过计算位移(张开量)-深度曲线和各区段的应变量,可以判别围岩EDZ;通过分析AE事件数及其频率的变化规律亦可以确定围岩EDZ深度。与单一指标的定性划分相比,提出的EDZ综合判别方法和判别标准具有客观、综合的特点,可以定性、定量地综合判别EDZ深度。

积极探索工程勘察向岩土工程转型的新路子——成都水利水电建设工程公司创建发展的回顾与经验

针对市场经济条件下工程勘察向岩土工程转型的问题，应用单位实例介绍了转型建制的成功经验，对工程勘察单位具有一定的参考借鉴意义。