柱状节理玄武岩松弛时空效应及其控制技术

柱状节理玄武岩表现出开挖后易松弛的特性,对白鹤滩水电站拱坝变形和地下洞室群稳定都有重要影响,是该工程的关键岩石力学问题之一。白鹤滩水电站柱状节理玄武岩表现出卸荷松弛、破裂松弛和坍塌松弛3种类型,采用钻孔声波测试为主、钻孔电视全景成像测试为辅的方法开展监测,并建立松弛层划分标准;发现开挖松弛具有显著的时间效应和空间效应;松弛时间效应可用对数函数表征,松弛大致在开挖35 d后趋于稳定,松弛与支护的及时性和有效性密切相关;松弛深度随着洞室跨度、开挖高度和断面面积的增加而不断增大,边墙松弛增幅尤其显著;开挖松弛是岩性、结构面、岩体结构和地应力共同控制的结果;提出成型成套松弛控制技术,取得了良好的控制效果。

节理玄武岩体弹性波频散效应研究

以裂隙为例,将岩体裂隙作为内边界处理,构造符合内边界条件的格林函数,结合边界积分方法研究岩体内部裂纹、孔洞等不连续结构面对弹性波的散射。与室内试验结果和现场测试结果进行对比,结果表明:基于模型计算的波速与现场测试结果吻合较好,但与室内试验结果有较大差异。这种差异主要是室内试验和现场测试中岩体所处的应力状态、边界条件等因素的差别造成的。进一步探讨节理岩体的细观结构对频散效应的影响,结果表明随着裂隙长度的增加和孔隙度的增大,频散效应越显著;改变裂隙和入射弹性波相对方向,频散效应亦发生相应变化。其结果对现场声波和地震波的测试具有很好的指导意义。

柱状节理玄武岩体抗剪强度参数尺寸效应研究

结合柱状节理玄武岩块室内直剪试验和现场大尺度直剪试验所取得不同尺度岩块的抗剪参数试验成果,进行异计拟合回归分析得到柱状节理玄武岩体抗剪强度参数内聚力c和内摩擦系数f的尺寸效应经验表达式,认为抗剪强度参数与试样尺寸间近似呈幂函数形式。抗剪强度参数的表征单元体积研究表明,内聚力对试样的尺寸更为敏感。

节理玄武岩强度特性三维离散元压缩模拟试验

基于节理玄武岩几何结构特征和岩体强度REV尺度,利用三维离散元建立不同节理倾角下的数值模型试件,进行三轴压缩模拟试验分析。对柱状节理岩体在不同围压、不同节理倾角、不同参数比值下的强度变化规律性进行探讨,研究其各向异性比,获取并分析了柱状节理岩体在不同倾角下的等效力学参数。研究结果表明:节理玄武岩强度曲线在不同节理倾角和围压下近似呈U型分布;各向异性程度随围压升高以指数函数形式降低,以坝基原位岩体水平应力15 MPa估算,坝基处玄武岩体属于中等各向异性水平;在节理倾角75°时,对应的等效摩擦角为44.4°,等效黏聚力为1.15 MPa,参数计算值在原位测试值范围内。

柱状节理玄武岩岩体结构与结构面的分形研究

峨嵋山柱状节理玄武岩是西南地区分布的主要岩类。柱状节理玄武岩的原生建造、构造作用和风化卸荷对岩体结构和工程性状有较大的影响。节理裂隙影响岩体结构并劣化岩体完整性,分维数D能客观地表现岩体完整性特征,因而分析讨论柱状节理岩体节理面的分形特征,可以深层次的反映柱状节理岩体的工程地质特点。

浅析水电站左岸坝基柱状节理玄武岩保护层开挖精细爆破技术

白鹤滩水电站拱坝基础分布第一类柱状节理玄武岩,第一类柱状节理玄武岩微裂隙发育、层内发育多条缓倾层内错动带,开挖后岩体易松弛。开展柱状节理玄武岩开挖爆破生产性试验,总结并推荐柱状节理玄武岩开挖爆破参数,施工中动态优化保护层开挖爆破参数、施工工序精细控制和精细爆破技术,确保白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理玄武岩保护层开挖施工质量满足设计要求。

高边坡坝基柱状节理玄武岩开挖卸荷时效松弛特性

柱状节理玄武岩在开挖卸荷条件下容易松弛与开裂,是白鹤滩水电站坝基稳定的主要挑战。以白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理玄武岩试验区为工程背景,采用单孔声波、钻孔摄像等原位测试技术,研究了分梯段开挖及时间效应条件下Ⅲ_1类和Ⅲ_2类柱状节理玄武岩松弛深度、松弛程度的时空演化规律,探讨了坝基柱状节理岩体松弛特征的原因。分析结果表明:柱状节理玄武岩的松弛深度主要由开挖引起,临近开挖面岩体的松弛程度随时间呈负指数增长,其时效期不超过半年。柱状节理岩体松弛特征与岩体质量关系密切,两类岩体的松弛深度、松弛程度的时效性及松弛程度随孔深的分布规律差异较大。坝基柱状节理岩体时效松弛是由内部节理张开导致的岩体强度参数的时效劣化引起。该研究对认识柱状节理岩体卸荷力学行为及优化坝基柱状节理岩体开挖保护方案具有重要意义。

白鹤滩特高拱坝坝肩柱状节理玄武岩开挖爆破试验研究

柱状节理玄武岩具有表面易破碎、易松弛等性状特点,作为300 m级高拱坝坝肩基岩世界罕见。柱状节理玄武岩基岩面岩体施工处理,经常出现边坡预裂面破坏,预裂面超欠挖严重、预裂面半孔率低、岩体扰动等问题。为解决破碎岩体边坡开挖的稳定,减少预裂爆破对建基面稳定的危害,根据白鹤滩水电站左岸坝肩柱状节理玄武岩物理及力学特性,通过预裂爆破与光面爆破对比试验,以确定爆破类型;并优化预裂爆破装药线密度、孔排距等参数。结果表明:预裂爆破综合效果优于光面爆破。通过在爆前、爆后布置物探监测仪器对周围岩体损伤进行监测,得出预裂爆破孔0.6 m的间距及线密度240 g/m装药参数,对柱状节理玄武岩实现基岩面扰动最小,达到最佳爆破效果。为强卸荷岩体高拱坝基础开挖提供了理论和实践借鉴。

柱状节理玄武岩松弛圈尺寸效应及地应力影响

为研究柱状节理玄武岩松弛圈尺寸效应及地应力对其产生的影响,选取了8种不同尺寸典型洞室,利用单孔声波法测试松弛深度,对161组测试成果进行数据统计及曲线拟合,建立了松弛深度经验计算公式。研究结果表明,断面尺寸及地应力是影响洞室松弛深度的2个主要因素;洞室边墙中上部松弛深度最大,尺寸效应明显,与洞室高度表现出明显的线型相关性,高地应力会加剧这种尺寸效应,在低地应力条件下,松弛深度一般是洞室高度的1/6,高地应力条件下,松弛深度一般是洞室高度的1/3,极端情况下24 m高洞室边墙中部松弛深度会达到10.2 m。

适应柱状节理玄武岩坝基的特高拱坝结构研究

白鹤滩水电站坝址区柱状节理玄武岩发育,其岩芯破碎,完整性较差,变形模量等力学指标相对较低,还表现出各向异性及开挖后易松弛的特性。白鹤滩水电站是首次将柱状节理玄武岩应用于高拱坝坝基,为研究特高拱坝适应基础岩体的力学特性,本文提出了拱坝扩大基础的结构形式。应用三维有限元方法,计算研究了扩大基础受力机理及效应,并研究柱状节理玄武岩松弛的敏感性,论证了拱坝扩大基础适应柱状节理玄武岩坝基特性的能力。

柱状节理玄武岩洞段开挖支护施工技术——以白鹤滩水电站导流洞为例

白鹤滩水电站导流洞工程开挖断面大、地应力水平较高,柱状节理玄武岩分布规模大、岩体特点突出、不良地质现象频发、开挖支护施工难度大。在柱状节理玄武岩洞段施工过程中,通过对开挖支护方法及支护参数不断地改进,取得了良好的效果,保证了施工人员设备安全和开挖施工节点目标的顺利实现。

白鹤滩柱状节理玄武岩几何结构特征分析及其几何模型构建

柱状节理岩体具有独特的几何和地质构造特征,其源于基岩冷凝收缩而形成的横截面为不规则多边形的柱体结构,是自然界存在的独特几何构造奇观。在白鹤滩水电站左岸坝基开挖过程中,出露了大面积的不规则柱状节理玄武岩,给大坝基础安全建设带来不均匀沉降变形破坏等隐患,为此本文对其几何结构特征进行了大量的现场调查研究并开展相应的力学机理分析。现场调查表明,白鹤滩柱状节理玄武岩主要由5边、6边和7边柱组成,柱状节理截面呈不规则的多边形裂隙形式。在总结柱状节理岩体横截面多边形的尺寸和形状的定量测量方法基础上,提出了柱状节理截面多边形的不规则程度的评定方法,进而针对柱状节理的不规则多边形节理模式并基于随机Voronoi算法,提出了一种改进的Voronoi多边形(MVP)生成方式。用MVP方法得到的多边形模式包含大量不规则多边形,可以实现随着不规则程度的增加,多边形模式从初始理想的正六边形到最终实际存在的不规则多边形模式的快速演化过程,不同规则度下柱状节理岩体的压缩试验表明,几何不规则性对其力学特性产生较大的影响。该数值重构方法可为构造具有特定多边形特征的柱状节理岩体提供了一种可靠的几何建模方法。

白鹤滩水电站右岸坝基柱状节理玄武岩开挖施工技术

白鹤滩水电站右岸坝基高程590.00m以下为P_2β_3~3层柱状节理玄武岩,岩体内微裂隙发育,整体性差。为控制坝基柱状节理玄武岩开挖后卸荷松弛,采用双保护层方式开挖,预留保护层厚度5m,保护层顶面参照建基面要求实施预裂爆破技术开挖,然后利用保护层作为岩石盖重进行坝基固结灌浆及锚筋桩预锚等基础处理,以增加坝基柱状节理玄武岩的力学性能及岩体完整性。根据坝基开挖体型特点,预留保护层上部陡坡段采用常规预裂爆破技术开挖,下部缓坡段和水平段采用复合消能爆破技术开挖,既保证了建基面开挖质量,也加快了施工进度,实现了大坝混凝土如期顺利开浇。

柱状节理玄武岩弹性波特性研究

金沙江白鹤滩水电站坝址区坝基范围内发育有大量柱状节理玄武岩,对其工程地质特性的研究对划分风化卸荷带、评价建基面岩体质量、确定合理开挖深度具有重要意义。通过对坝区所揭露柱状节理玄武岩的平硐弹性波和钻孔声波测试成果的统计、对比分析可知,各种玄武岩新鲜完整岩块波速有所差异,其中柱状节理玄武岩和隐晶质玄武岩的波速较高,杏仁状玄武岩和角砾熔岩波速较低;随着岩体风化、卸荷程度加剧,地震波和声波速度均呈降低的趋势,其中声波速度变化相对较小;坝基岩体的钻孔声波速度和平硐声波速度、地震波速度分布多呈近正态分布特征,峰值波速主要对应为微新岩体或弱风化下段岩体;平硐侧壁的松弛深度随着卸荷、风化程度的加剧,呈逐渐增大的趋势。

西南某电站坝基柱状节理玄武岩松弛特性研究

柱状节理玄武岩因其特殊的岩体结构,开挖卸荷后易松弛、岩体力学参数降低,对工程建设不利。因此,研究柱状节理玄武岩的松弛特性,对柱状节理玄武岩的开挖、支护设计有着重要意义。通过岩体声波测试,分析西南某电站坝基在开挖过程中柱状节理玄武岩的松弛特性,总结了开挖卸荷后坝基柱状节理玄武岩在松弛深度、松弛岩体时空分布、松弛程度等方面的规律,为工程设计提供了可靠依据。

柱状节理玄武岩帷幕灌浆施工研究

白鹤滩水电站大坝基础为玄武岩地层,其中柱状节理玄武岩节理、裂隙发育密集,岩体完整性差,岩体特征较为典型。白鹤滩水电站坝高289m,坝前水头高,坝基防渗要求高,文章介绍了坝基柱状节理玄武岩地层帷幕灌浆施工工艺,并对柱状节理玄武岩地层帷幕灌浆成果数据进行了分析,对比灌浆前后岩体透水性可知,帷幕灌浆效果显著。

白鹤滩水电站导流洞柱状节理玄武岩开挖施工浅析

白鹤滩水电站导流洞工程规模大、地质条件复杂,尤其深埋段柱状节理发育,给工程施工增加了难度。柱状节理玄武岩存在易变型、易松弛等特点。根据工程施工特点及对柱状节理玄武岩的研究成果,对柱状节理玄武岩开挖施工的成功经验进行阐述,通过介绍柱状节理段爆破参数及支护参数、围岩变形监测点布设,分析了收敛变形监测成果。研究成果可供类似围岩开挖施工借鉴。

基于现场变形试验的柱状节理玄武岩尺寸效应研究

由于岩体节理裂隙的存在,其变形和强度特性表现出尺寸效应,即不同的加载尺寸下,变形和强度参数各异。某水电站工程区域玄武岩体柱状节理发育,本文对其进行尺寸效应研究,通过不同直径的刚性圆形承压板变形试验获得变形模量,试验研究成果表明,随着承压板尺寸的加大,变形模量呈现下降趋势,但各试验点相邻尺寸条件下的变模下降的幅度不尽相同,并在加载尺寸到达某一量级后,变模值趋于稳定。

白鹤滩水电站坝基柱状节理玄武岩快速支护锚墩头细石混凝土施工方法

白鹤滩水电站是首次在柱状节理玄武岩上修建的大型水利工程,大坝建基面范围内广泛发育有柱状节理玄武岩,岩体微裂隙发育,完整性较差,为防止建基面错动变形和卸荷松弛,在开挖后应快速进行锚索锚固,引进新型高强灌浆材料拌制细石混凝土试验,满足了大坝建基面快挖快锚的要求。

利用检测与监测结果分析柱状节理玄武岩变形特性

通过现场检测及监测结果,分析坝基柱状节理岩体开挖后的松弛持续时间、松弛深度及变形特性,通过在复杂工程中检测与监测结果互为验证,提高对柱状节理玄武岩变形特性的认识,为坝基开挖支护设计提供参考。