高拱坝坝肩软岩及结构面强度参数水岩耦合弱化效应试验研究

结合锦屏一级高拱坝工程,现场采集该工程坝肩软岩和结构面岩样,制备相似试件,并通过拱坝运行环境特征分析确定试验条件,在MTS岩石力学测试系统上进行水岩耦合三轴压缩试验。结果表明,锦屏拱坝坝肩断层物质和软弱岩体的强度参数f、c具有显著的水压弱化效应,其中水压对黏聚力c的影响较大,对内摩擦系数f的影响相对较小,考虑两者综合效应抗剪强度τ,则在10 MPa正应力与3 MPa水压的工程条件下,锦屏拱坝坝肩主要断层f2、f5、f13、f14、f18抗剪强度的平均弱化率约为25%,煌斑岩脉X等软弱岩体抗剪强度的平均弱化率约为40%。该定量的弱化试验成果为地质力学模型试验、数值计算等方法分析评价拱坝稳定性提供重要的科学依据。

高拱坝坝肩软弱结构面HM耦合效应试验研究

为定量揭示高拱坝工程蓄水运行后,坝肩岩体中软弱结构面在HM(Hydro-Mechanical)耦合作用下的弱化效应,结合锦屏一级高拱坝工程,现场采集该拱坝坝肩主要断层的原样,用重塑试样方法制备试件,在MTS岩石力学试验系统上开展不同水压(0,1,2,3,4 MPa)情况下的系列三轴压缩试验。结果表明:断层物质的强度参数具有显著的水压弱化效应,其中强度参数f随水压的升高弱化不大,各断层的平均弱化率不超过7%;强度参数c随水压的升高急剧减小,最大弱化率可达100%;考虑两者的综合效应抗剪强度τ,在3 MPa水压与10MPa正应力的工程条件下,各断层抗剪强度的平均弱化率约为25%。同时,建立了不同渗透水压力条件下结构面强度参数预测模型,并采用有效应力原理对结构面抗剪强度的弱化规律和机理进行初步分析。试验成果已应用于锦屏一级拱坝坝肩稳定性研究,研究方法可供多场耦合作用下软弱结构面的力学性能研究参考。

坝基软弱结构面工程特性的动态研究方法与应用

水电工程具有规模大、施工快、地质缺陷不易揭露等特点,特别是对于水电工程的安全运营至关重要的深层抗滑稳定性问题。基于上述原因,本文以金沙江观音岩水电站为例,借助坝基开挖,总结出"工程地质条件→软弱结构面展布特征动态评价→软弱结构面参数动态取值→坝基稳定性评价"这一套坝基软弱结构面动态评价方法,并以软弱结构面展布特征与参数动态研究为核心,建立起合理的坝基深层抗滑稳定性评价方法。实践表明,该套方法能合理地评价重力坝抗滑稳定性问题,保证水电工程的安全运营。

复杂岩基上重力坝坝基稳定地质力学模型试验研究

建在复杂地质条件上的重力坝,坝基中往往存在多种软弱结构面。为了在物理模型试验中考虑软弱结构面的强度弱化对坝基稳定的影响,采用地质力学模型试验方法对武都碾压混凝土重力坝坝基稳定性进行研究。试验中采用变温相似材料模拟坝基中软弱结构面的力学参数及弱化行为,在同一模型上进行超载和降强相结合的综合试验,获得了坝基失稳的破坏过程、变形分布特点及破坏形态,并得到评价工程安全性的综合安全系数,为工程的设计与施工提供了科学依据。

软弱结构面水流冲刷形成集中渗漏通道机制研究

软弱结构面塑性程度高、强度低,在地下水长期作用下,很易导致岩体产生变形、形成集中渗漏通道及渗透破坏。软弱结构面的渗透稳定性,一直是水利水电工程的重要工程地质及水文地质问题之一,目前对其渗透破坏机理的认识还存在不少尚未解决的问题。针对已有对基岩软弱结构形成集中渗漏通道研究的不足,本文在软弱结构面内讨论渗透变形问题,主要探讨了软弱结构面受水流冲刷发展的机制,以及土粒起动处于不同位置时的临界流速及相应隙宽。最后介绍了在适当地质等条件下,基岩软弱结构面可形成集中渗漏通道的实例。

拱坝坝肩侧裂面的面连通率研究

采用窗口法对拱坝坝肩不连续面进行描绘测量，对获取的不连续面的产状和迹长进行取样偏差校正和蒙特卡罗模拟，从而形咸三维空间的不连续面网络模型。据工程要求对网络模型按一定带宽进行切割、投影、计算，由此可得到侧裂结构面的面连通率。在此基础上，可以进行坝肩岩体质量评价，为工程设计提供一定的理论依据。

复杂地基上重力坝深层抗滑稳定降强法试验研究

重力坝坝基中软弱结构面强度弱化行为是影响大坝稳定的一个重要因素。地质力学模型降强法试验是研究该问题的重要途径,模型采用变温相似材料实现了降强法试验,并对变温相似材料及其相应的试验技术做进一步的研究。利用最小二乘法原理,从理论上拟合了抗剪断强度参数与温度之间的关系曲线,通过拟合公式确定了强度幅度与其所对应的温升值。研究成果应用于某重力坝工程中,将降强与超载相结合,开展了该重力坝整体稳定综合法破坏试验,获得坝与地基的变位特性、破坏形态和破坏机理,提出该重力坝降强法试验安全系数和综合稳定安全度,评价了工程安全性。

数值模拟研究堤坝基岩软弱结构面形成集中渗漏通道

国内外学者对堤坝渗透变形进行了大量的研究,但是他们把注意力主要集中在第四系松散层上。软弱结构面在适当地质环境条件下,可形成集中渗漏通道。针对前人对此研究不足,建立了基岩软弱结构面集中渗漏通道模型。根据集中渗漏通道的透水性能不同,数值模拟研究了其形成过程,及此期间堤内流场的变化情况。结果表明:基岩集中渗漏通道的发育,对堤内已发生的管涌有一定的影响,存在促使其进一步冲蚀扩展的可能性。工程实例验证了数值模拟结果在一定程度上的合理性。

基于强度折减法的重力坝坝基软弱结构面失稳判据研究

以某混凝土重力坝坝基失稳问题为例,采用非线性有限元强度折减法,对三种典型的失稳判据进行数值计算研究,并与传统的刚体极限平衡法计算结果进行对比,讨论各种失稳判据的合理性及其适用性。研究结果表明:采用收敛性判据误差相对较大,采用特征点位移突变和塑性区贯通作为失稳判据所得安全系数与刚体极限平衡法所得安全系数较为接近。验证了位移突变判据和塑性区贯通判据的合理性。建议在强度折减法的重力坝坝基失稳分析中联合使用位移突变判据和塑性区贯通判据。

复杂地质条件下拱坝坝肩滑动块体稳定性地质力学模型试验

拱坝坝肩岩体在断层、裂隙、层间剪切带等地质缺陷的作用下形成了不同规模的滑动块体,从而削弱了坝肩岩体的完整性,降低了坝肩岩体的承载能力,影响坝肩的稳定安全。为了分析坝肩滑动块体稳定性,以立洲拱坝工程为例,采用地质力学模型试验,分析两坝肩的地质构造及主要软弱结构面的产状发现,两坝肩存在四种潜在的滑动块体。在此基础上,通过地质力学模型超载法对坝肩岩体进行破坏试验,得到了滑动块体的失稳破坏机理、破坏形态及影响滑动块体稳定的控制因素,为解决类似工程问题提供了参考。

大藤峡闸坝典型坝段坝基稳定模型试验研究

在工程荷载和渗透水压的共同作用下,水闸工程坝基岩体强度和变形参数极易产生弱化,这对工程的安全建设和运行极其不利。针对大藤峡闸坝基岩的多层单斜和软弱夹层长大密集等不利地质条件,有必要对泄水闸坝段基础的滑移破坏模式做进一步研究。本文采用综合法地质力学模型试验,对大藤峡典型坝段闸坝与地基的整体稳定性进行破坏试验研究。通过超载和降强两种方式,获得了闸基在正常状况、降强阶段和超载阶段的变位特性,探明了闸坝与基础的破坏过程及破坏形态。研究结果表明,在降强和超载两阶段,坝基变位均较正常工况有所增加,且埋深较浅的软弱夹层变位更为明显。随着超载倍数增加,软弱结构面R9、R14、R17、R19的浅表层部分相继开裂,最终表现为沿基础表层滑动失稳的趋势,揭示浅层结构面对闸坝与地基的变形稳定起控制作用。

大藤峡水利枢纽泄水闸坝段深层抗滑稳定性问题

大藤峡水利枢纽主坝为混凝土重力坝。根据前期勘察及施工期开挖揭露,泄水闸坝段坝基岩体发育多条层间软弱夹层,性状较差、连续性好,产状缓倾下游偏左岸,可构成坝基深层滑移边界。针对上述工程地质问题,通过分析软弱夹层分布及性状,确定结构面力学参数;进行软弱夹层与断层、节理空间组合,确定滑移模式;以刚体极限平衡法进行滑面深度的敏感性分析,并进行坝基深层抗滑稳定性计算,评价坝基深层抗滑稳定性;对不满足规范要求的坝段,亦在计算成果基础上,提出了针对性处理措施,取得理想效果。研究成果可为大型水利水电工程重力坝深层抗滑稳定性研究提供启示和借鉴。

驮英水库拦河坝坝型方案选择

针对驮英水库坝址的地形地质条件,项目建议书阶段通过对混凝土面板堆石坝与混凝土重力坝坝型方案进行工程布置、结构分析、工程投资分析,综合比较了两种坝型方案的建坝条件与经济及技术上的优缺点,结果混凝土面板堆石坝方案优于混凝土重力坝方案。

锦屏一级高拱坝坝基结构面弱化效应研究及坝肩稳定性分析

为了研究锦屏一级高拱坝工程在蓄水运行后,坝肩坝基软岩结构面在应力场、渗流场耦合作用下的弱化效应,以及在考虑这种弱化效应条件下分析高拱坝工程的坝肩稳定问题,首先通过现场采集该工程坝肩软岩和结构面岩样,制备相似试件,在MTS岩石力学测试系统上进行水岩耦合三轴压缩试验,获得了坝肩软岩和结构面强度参数的弱化率,为拱坝坝肩稳定模型试验提供结构面降强幅度的依据。然后,针对拱坝坝肩稳定问题,开展了加固地基条件下高拱坝三维地质力学模型综合法破坏试验,在试验中,根据弱化试验成果确定了结构面的综合降强幅度为30%,并研制了适用于各类软弱结构面强度弱化特性的变温相似材料,用于在模型中模拟结构面的弱化效应。通过试验获得了坝与地基的变形分布特性,坝肩坝基失稳的破坏形态和破坏机理,得出坝肩稳定综合法试验安全系数为5.2~6.0,评价了拱坝工程的稳定安全性。研究成果为工程的设计施工和安全运行提供了重要科学依据。

重力坝深层抗滑稳定的可靠性分析

对于地基中存在软弱结构面的重力坝 ,考虑软弱结构面的实际走向与坝轴线斜交的情况 ,计入侧向阻力的作用 ,通过等安全系数法的公式建立求解重力坝深层抗滑稳定性可靠指标 β的力学模型 ,并结合工程进行深层抗滑稳定的可靠度分析 .

乌东德坝肩结构面影响及协调加固稳定分析

乌东德坝肩揭露多条结构面,保障坝肩协调变形、稳定对大坝整体安全至关重要。通过建立乌东德大坝三维有限元模型,采用Drucker-Prager屈服准则,分析坝肩结构面对大坝-基础应力、变形工作性态和整体稳定的影响,并从应力均化、变形协调和刚度匹配三方面讨论结构面加固处理效果。计算结果表明:坝肩结构面导致拱端横河向位移增幅明显,坝肩局部岩体位移不协调、应力集中并出现局部屈服。当坝肩结构面采用固结灌浆和平洞置换综合措施,可有效改善坝肩岩体应力、位移分布,大坝整体安全有保障。研究成果可供类似工程加固设计分析参考。