如美水电站坝址区碎裂松动岩体成因机制

以澜沧江如美水电站坝址区为研究对象,在工程地质定性分析碎裂松动岩体成因机制的基础上,运用离散元UDEC软件,建立了地质概化模型,模拟了岸坡在自重应力场和构造应力场共同作用下的河谷下切和碎裂松动岩体的形成过程,综合分析了碎裂松动岩体的成因机制。研究结果表明:坝址区岸坡岩体卸荷形式多样,其中以“推移-错动”型卸荷影响范围最大,卸荷机制最为复杂;随着河谷的下切,岸坡岩体地应力发生重分布,主应力减小,剪应力增大,近坡表岩体应力出现明显松弛卸荷现象,岸坡沿上部顺坡向中倾结构面产生较大变形,且对下部尖灭部位岩体产生了较大的推力,岩体沿反坡向陡倾节理出现反向错动,并在坡表形成外高内低的错台现象,岸坡岩体出现明显的倾倒变形特征,形成典型的“推移-错动”型卸荷模式,并叠加强烈的风化作用,最终形成碎裂松动岩体。

不同碎裂程度岩体三轴压缩力学特性及破坏特征

深部开采条件下地质条件劣化,破碎岩体很容易出现大变形破坏问题。本文利用3DEC软件中离散断裂网络(DFN),建立考虑地下深部不同碎裂程度的合成岩体(SRM)模型,开展了围压加载条件下高应力碎裂岩体的力学特性研究,建立了岩体完整性系数与抗压强度和弹性模量关系式。试验结果表明:碎裂程度较大的岩体,在单轴压缩试验中表现出较强的延性破坏特征;同一碎裂程度岩体随加载围压增大,围岩应力—应变曲线在屈服阶段的抗压强度和塑性变形显著增大,峰后应力跌落幅度变缓;岩体内部微裂隙最先萌生于节理面端部及其交汇部位,节理数量越大裂纹发展、贯通越快;高围压加载时,岩石模型试样破坏模式由张拉破坏向剪切滑移破坏转变。碎裂岩体破坏特征和其碎裂程度与应力加载环境紧密相关,是工程施工与设计的重要参考依据。

基于无人机倾斜摄影技术和三维点云技术的碎裂松动岩体结构面识别研究

为高效实现对复杂地质环境的高陡边坡岩体的测量与识别,选取澜沧江某水电站拌合站碎裂松动岩体边坡为研究对象,使用无人机倾斜摄影技术和三维点云技术对研究区碎裂松动岩体进行航测调查,构建研究区碎裂松动岩体边坡的三维实景模型,并从中提取三维点云数据对碎裂松动岩体优势结构面进行识别与分析。分析结果表明:该方法重现了研究区真实地形地貌特征,能获取高陡边坡碎裂松动岩体高精度的三维空间数据,掌握其优势结构面的分布特征。识别结果可为数值模拟分析中碎裂松动岩体离散裂隙网络DFN的设置提供依据,对传统手段难以实现的高陡边坡地质调查具有方法上的借鉴作用。

碎裂岩体边坡稳定性分析及防治技术研究

由于碎裂岩体边坡受地质构造、环境因素以及人类活动等多种原因作用下,可能产生下坡和坍塌等地形灾祸。对工程项目构成极大的安全隐患。因此,提出碎裂岩体边坡稳定性分析及防治技术研究。针对碎裂岩体边坡,特别关注水的渗流作用,建立稳定性模型,分析出工程中碎裂岩体边坡稳定性较差。采用预应力锚索技术进行防护治理,遵循防治原则,通过力学分析和数值模拟确定最优锚固定角,进行锚索安装,完成钻孔和注浆,分阶段张拉锚索并锁定,进行锚头保护施工,保证边坡稳定。工程应用结果表明,通过研究方法进行边坡工程防治后,边坡位移监测结果均符合施工要求。

碎裂岩夹层中大跨度悬索桥隧道锚稳定性分析

隧道锚作为悬索桥的重要受力构件,其稳定性是保证悬索桥安全运行的关键。为探究某大跨度铁路悬索桥隧道锚在碎裂岩夹层中的受荷响应规律,建立精细化数值模型,对隧道锚的稳定性进行综合评估,论证隧道锚在碎裂岩夹层中的适用性和安全性。研究表明:碎裂岩夹层对隧道锚的变形影响显著,隧道锚后锚面及围岩的位移分布曲线呈左高右低的“驼峰状”,锚塞体界面摩阻力在碎裂岩夹层区域产生突变。锚-岩联合体的破坏从碎裂岩夹层中锚塞体拱顶区域开始,逐步向拱腰和拱底扩展,直至锚-岩界面塑性区贯通,其破坏模式为锚-岩接触带的剪切破坏。隧道锚的综合承载力以钢束受拉破坏为控制条件,综合极限承载力为2.3倍设计主缆力。隧道锚在碎裂岩夹层中的稳定性和适应性良好。

大光包滑坡岩体碎裂特征及其工程地质意义

"5·12"汶川地震发生六年以来,对地震诱发最大的大光包滑坡开展了工程地质测绘、声波检测、钻孔取芯、电镜扫描等一系列工作,研究表明该滑坡滑带产生于震旦系灯影组三段(Zd3)白云岩的层内错动带。综合研究揭示滑床岩体碎裂化宏观特征如下:滑面以下0~1 m岩体呈砂土状,砂粒含量占到60%以上;1 m以下岩体平均声波波速2 500~3 000 m/s,完整性指数趋于0.15~0.77,岩体损伤程度总体上随滑床深度增加而减小,而滑面下同一深度岩体损伤程度随滑床高程的增加而增大,局部有差异性破碎。另一方面,微观研究揭示滑带岩体压剪晶体沿解理面折扭断裂,穿晶裂纹发育,表现为部分晶体松动架立,晶间连接丧失。研究揭示的工程地质意义:(1)滑带岩体性质主要受控于层内挤压错动的泥质花斑状白云岩,该层成分复杂,风化程度高,节理发育,完整性差;(2)"5·12"地震使滑带岩体产生强烈的剪切破坏(拉张和压剪破坏)和翼裂纹扩展,岩体的抗剪强度指标及完整性系数剧降,岩体质量劣化,在启动后巨厚滑体的碾压与揉搓作用下,滑带岩体的摩阻力进一步降低。综上,大光包滑坡滑带岩体损伤碎裂化是地震荷载作用下岩体内部缺陷动态演化的累进过程,滑带所在的地层岩性及岩体结构特征为其主要内因,强震荷载是其关键的外在诱因。

强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5.12"汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程;运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。

深部岩体分区碎裂化进程的时间效应研究

论文对现场观测和相似材料模拟实验中岩石分区碎裂化的时间效应进行了总结。得出岩石分区碎裂化现象是岩体经蠕变产生的。破碎带的形成需要经过一定的时间。但这段时间不会很长。采用蠕变理论对岩石分区碎裂化的时间效应进行了分析,推导了能够描述加速蠕变阶段的流变模型———改进的西原模型的本构方程和蠕变方程。在此基础上求出了岩石分区破裂化发生时破裂带半径(破碎带距巷道中心的距离)的公式。

碎裂岩体失稳产生涌浪原型物理相似试验研究

崩滑体涌浪事件具有突发性和灾难性,且实测资料有限,原型物理相似试验研究这种涌浪现象是很好的方法。以三峡库区龚家方崩滑体涌浪事件为原型,探索构建三峡水库蓄水后干流上第一个涌浪大型物理相似试验模型,其长24 m,宽8 m,高1.3 m,几何相似比为1∶200。试验采用大理石材质、d50=1.47 mm的粗砂模拟碎裂岩体,利用波高仪、高速摄影机和爬高测试带监测河道内的水波变化过程,实施了以前缘入水速度为变量的6组涌浪试验。试验结果与龚家方涌浪事件调查结果对比表明,该试验方法可用于预测和研究类似碎裂岩体失稳产生涌浪问题。系列试验分析后,首次通过数据展示碎裂岩体失稳产生的涌浪在传播过程中波的追逐、叠加及反射波叠加等相互作用过程,精细地刻画了河道内涌浪传播和爬高衰减率的差异性。通过该原型模型系列试验,探讨碎裂岩体失稳产生涌浪模型试验的改进方向。采用的物理相似试验方法为碎裂岩体失稳产生涌浪研究提供了很好的借鉴,试验得到的数据及规律认识将为三峡库区类似岩质岸坡失稳产生涌浪预测提供极大的技术支撑。

综采工作面直接顶碎裂岩体冒顶机理及其控制

本文根据直接顶岩体冒顶现场实测和相似模拟实验结果，阐明综采面破碎顶板的碎裂岩体属性与冒顶特征，并建立碎裂岩体冒顶力学模型，深入研究冒顶本质原因和控制原理。在此基础上，本文提出了有效控制碎裂岩体冒顶的指标体系与技术措施，进而在生产实践中成功地控制了碎裂岩体冒顶事故。

大光包滑坡滑带碎裂岩体原位钻孔剪切试验研究

安县大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,滑坡南侧暴露长约1.8 km顺层滑带,其岩体高度碎裂化,引起广泛关注。为准确评价滑带碎裂岩体的强度参数,笔者在前人研究的基础上开展了细致的野外调查工作,采用法国Phicometre岩土两用原位钻孔剪切试验仪对大光包滑坡滑带碎裂岩体进行了原位剪切试验。将试验结果与Hoek–Brown岩体强度准则估值和基于工程地质类比法的力学参数建议值进行了对比分析。基于以上研究,提出了大光包滑坡南侧顺层滑带碎裂岩体力学参数建议值:内聚力为245~480 k Pa,内摩擦角为25.0°~26.5°。

锚索加固边坡碎裂结构岩体模型试验

当前山区公路建设中,碎裂结构岩体边坡常常采用锚索加固。为深入研究锚索布置方式对碎裂结构岩体的加固效果,针对锚索加固后的碎裂结构岩体进行了室内模型试验。根据多种锚固方案试件的试验结果,分析了锚索锚固碎裂结构岩体模型的强度变形特征。通过试验中不同布锚方式的锚索对模型试件强度变形的不同影响,对比了锚索布锚方式在各种模型试件中的锚固效果。分析得出:为充分发挥锚索的锚固能力,锚索的布置角度应与碎裂结构节理走向呈正交,且锚索应布置在碎裂结构岩体边坡的较高部位中。

碎裂岩体浅埋大跨车站拱盖法临时支撑拆除稳定性分析

根据青岛某车站复杂的地质条件,通过现场监测和数值模拟,分析了临时支撑向永久支护转换时支护平衡系统破坏规律,掌握了不同拆撑长度下围岩及支护结构的应力、应变变化,得到了安全最大支撑拆除距离为6 m,提出了2种加固方案并分析了加固效果,确保了车站临时支撑拆除安全。

金川高应力碎裂岩体巷道变形与支护技术研究

分析了金川高应力碎裂岩体巷道围岩变形量大和流变变形显著这两个特点及其原因 ,给出了一次支护采用强力锚喷网、采用主动支护方法和提高第二次支护强度 3条支护对策 ,指出锚注支护是适合于金川高应力碎裂岩体特点的合理支护形式 ,并在金川二矿区 1 1 98水平修复巷道中成功试验了锚注支护 图 5 ,参

黏度时变性灌浆材料加固碎裂岩体应用研究

针对普通水泥浆流动时间长、早期强度低、可灌性差,在复杂岩体注浆中质量难以保证的问题,提出以普通水泥浆为基浆,对普通水泥浆适当掺加外掺剂进行改良,以调节水泥水化及硬化进程,形成SJP黏度时变性灌浆材料。其特征主要为浆液初始流动性好,浆液黏度增长缓慢,浆液过可泵时间后其黏度将迅速增大,浆液在可泵时间内保持良好的可灌性;浆液流动时间可控,可泵时间到初凝时间间隔短,浆液不易被冲蚀;同时浆液固结体具有前期强度增长快,后期强度高的特点;可以根据不同岩层特点,改变外掺剂的加入量,可以形成与地层良好适应性的灌浆材料。应用结果表明:对于陡倾、宽缝、碎裂岩体,SJP黏度时变性灌浆材料具有良好适宜性,可以作为锚杆灌浆材料,在减少材料用量的同时,可缩短工时,灌注质量满足设计要求。SJP灌浆材料已应用到坝基加固、房屋地基处理、地质灾害治理工程中。

隧道式锚碇在碎裂岩体中成洞及承载特性数值模拟

与重力式锚碇相比,隧道式锚碇更为经济、环保,在峡谷地区悬索桥建设中具有广阔的应用前景。我国西南地区某在建铁路大跨度悬索桥隧道式锚碇在IV—V级工程岩体中承担4.3×10^(5) kN的超大主缆荷载,通过三维数值模拟方法对该隧道式锚碇的成洞特性、主缆荷载及超载作用下的围岩响应特征进行研究。结果表明:按设计支护措施,碎裂岩体在锚洞开挖后处于轻微挤压变形状态。主缆荷载作用下,锚碇周边围岩主要表现为弹性变形,锚塞体的位移增量属毫米级,围岩变形受地层岩性影响显著,锚塞体周边围岩位移梯度较大,主缆荷载的扩散范围有限;超载作用下,锚塞体围岩塑性区由后锚面逐步沿着锚塞体周边围岩向中前部发展,其最终破坏模式为锚岩接触周边围岩的剪切破坏。隧道式锚碇在围级基本质量较差的碎裂岩体中同样具有很强的适应性。

充填胶结碎裂结构岩体的成因机制及工程地质特性研究

本文以工程实例为依托,在现场大量调查、测试、试验的基础上,对一种新型碎裂结构岩体—充填胶结碎裂岩体的工程地质特性和成因机制进行了分析。此类岩体表观碎裂,但是由于岩块之间被钙质充填、胶结,使得表观碎裂的岩体在原位状态没有受到大的扰动的情况下具有较高的力学性能,其可以用作坝基岩体,与普通的碎裂岩体有着本质上的差别。该类岩体一旦受到外界大的扰动,其力学性能迅速降低,在施工中应该特别注意。

基于结构先行的浅埋碎裂岩体暗挖地铁隧道交叉点施工方案研究与应用

青岛地铁3号线中山公园站地处闹市区,采用浅埋暗挖法施工,施工难度大,工期控制严,安全等级高。文章针对地面车流量大、岩体碎裂、覆盖浅,车站主体与风道交叉洞室断面形状复杂、两侧临空面大、拐点易形成应力集中等特点,采用数值分析与现场监测结合的方法,研究了不同工况下的围岩应力变化和变形规律,提出了一种基于结构先行的浅埋碎裂岩体地铁隧道交叉点新施工方案。施工与研究结果表明:采用新施工方案,先施作隧道交叉洞室的圈梁和中间二次衬砌,形成框架结构,减小了大断面施工的跨度影响效应,有效控制了碎裂岩体的沉降变形,提高了施工速度,确保了交叉洞室的整体稳定。该施工方案尤其适用于薄覆盖碎裂岩体大断面交叉洞室,为同类工程建设提供了理论依据和实践经验。

确定碎裂岩体综合内摩擦角的一种新方法

碎裂岩体具有风化破碎、裂隙充分发育的特征,可以通过测量边坡休止角的方法确定碎裂岩体的综合内摩擦角。根据碎裂岩体的平面分布与坡面形态,将碎裂岩体边坡的坡面形态概化为4种模型,并采用数理统计的方法确定综合内摩擦角。采用新方法对某工程坝址区碎裂岩体的综合内摩擦角进行了计算,结果表明:新方法充分考虑了各种因素作用下坡面形态的不规则性,该方法确定的综合内摩擦角符合实际情况。

碎裂岩体区近距离交叠隧道施工引起的地表沉降规律

依托青岛地铁2号线枣山路站—李村站区间隧道近距离下穿3号线万年泉路站—李村站区间隧道工程,对单向单洞、单向双洞、双向四洞隧道施工引起的地表沉降规律进行数值模拟分析,并与现场测试数据加以对比。结果表明:单向单洞隧道施工引起的地表沉降规律基本遵循Peck公式,反弯点距离隧道横断面中心线约25 m,隧道断面开挖对地表沉降的影响范围为70 m;单向双洞隧道施工地表沉降趋势与单向单洞隧道大体一致,最大变形量6.5 mm,增幅达18.2%,发生在左右线中间岩土体正上方;双向四洞近距离交叠隧道地表沉降形态复杂,四洞开挖交互影响显著,最大变形量、反弯点距交叠区中心点距离、地表沉降影响范围大幅增加,分别为12.69 mm,26 m,80 m,地表最大变形区由单向双洞左右线中心线逐步向双向四洞交叠区中心点过渡。提出了预测地表沉降变形的修正Peck公式,并在工程现场进行了验证。