復雜巖基上重力壩壩基穩(wěn)定地質(zhì)力學模型試驗

結(jié)合四川寶興河銅頭水電站混凝土拱壩,對壩肩穩(wěn)定進行了三維地質(zhì)力學模型試驗研究,試驗中采用變溫相似材料模擬壩肩壩基巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面,運用超載與強降相結(jié)合的方法進行破壞試驗。主要探討了該拱壩壩肩失穩(wěn)的破壞過程、破壞形態(tài)和破壞機理,獲得了壩肩整體穩(wěn)定安全度。試驗表明:采用超載與強降相結(jié)合的破壞試驗方法得到的安全度為3.12～3.51。同時表明在正常運行情況下,壩肩是穩(wěn)定的,在強降階段,壩肩出現(xiàn)開裂,尤以左壩肩為甚,因此對兩壩肩特別是左壩肩上部進行加固處理是十分必要的。

在保證大壩穩(wěn)定設計時,除了數(shù)值模擬方法外,對高壩還應當進行地質(zhì)力學模型試驗。本文敘述了地質(zhì)力學模型試驗的工程意義,列舉了多個地質(zhì)力學模型試驗實例,并對試驗方法及安全系數(shù)做了分析。

江口雙曲拱壩整體穩(wěn)定地質(zhì)力學模型試驗研究——為了對江口拱壩基礎處理方案進行驗證，弄清大壩在正常荷栽作用下的位移場，了解拱壩和拱座的整體穩(wěn)定，采用地質(zhì)力學模型進行了試驗研究，全面模擬了江口大壩基礎的不連續(xù)巖體條件、巖石力學性質(zhì)和基礎處理方案，揭...

針對江口壩區(qū)內(nèi)的多條軟弱夾層以及斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造不利條件對壩體穩(wěn)定的影響,設計采取了基礎處理措施.通過地質(zhì)力學模型試驗,研究江口大壩在進行基礎處理后,壩體在設計荷載及超載作用下的穩(wěn)定情況,為設計提供科學依據(jù).

針對萬家口子雙曲拱壩的地質(zhì)問題,采用三維地質(zhì)力學模型試驗技術(shù),全面模擬了大壩基礎的不連續(xù)巖體條件、巖石力學性質(zhì)、基礎處理和整體雙曲拱壩,研究了基礎對大壩結(jié)構(gòu)變形和穩(wěn)定的影響,揭示拱壩壩體和壩肩從加荷開始到破壞的整個進程和機理,從而得出了拱壩的破壞機理及超載安全能力。

隨著經(jīng)濟的強盛,水利事業(yè)的發(fā)展,我國大壩、高拱壩數(shù)量大增,大壩老齡化現(xiàn)象也在增加,大壩的安全穩(wěn)定運行是一不容忽視的問題。因此,研究大壩的穩(wěn)定及內(nèi)在規(guī)律就具有很強的工程意義和現(xiàn)實意義。同時由于工程問題的復雜性使高拱壩整體穩(wěn)定兼具了挑戰(zhàn)性和前沿性。本文從30年的模型試驗出發(fā),對該問題進行了有意義的研究。

小灣水電站是瀾滄江中下游河段梯級開發(fā)的“龍頭”水庫,大壩為292m高的雙曲拱壩,壩址具備修建高拱壩的優(yōu)越地形條件,但地質(zhì)條件較為復雜。針對小灣拱壩1210m高程壩肩的地形地質(zhì)條件,對壩肩未進行加固處理方案,采用地質(zhì)力學模型試驗方法,抓住影響壩肩穩(wěn)定的主要因素,利用超載法進行破壞試驗研究,分析壩體及壩肩變形分布特征,探討壩肩失穩(wěn)的破壞過程、破壞形態(tài)和破壞機理,確定壩肩超載穩(wěn)定安全度。

針對錦屏一級水電站左岸1960m高程以上邊坡的地形地質(zhì)條件,采用地質(zhì)力學模型試驗的方法,利用超載法進行破壞試驗研究,定性掌握邊坡變形破壞的全過程,定量分析邊坡的變形和應力變化情況;探明了邊坡變形破壞的趨勢,得出了邊坡基本穩(wěn)定的結(jié)論。

錦屏高邊坡穩(wěn)定地質(zhì)力學模型試驗研究——針對錦屏一級水電站左岸1960m高程以上邊坡的地形地質(zhì)條件，采用地質(zhì)力學模型試驗的方法，利用超載法進行破壞試驗研究，定性掌握邊坡變形破壞的全過程，定量分析邊坡的變形和應力變化情況；探明了邊坡變形破壞的趨勢，得...

針對某高拱壩壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜,兩岸壩肩巖體內(nèi)存在斷層、煌斑巖脈、層間擠壓帶、深部裂隙等各類軟弱結(jié)構(gòu)面等工程地質(zhì)問題,本文利用三維地質(zhì)力學模型試驗技術(shù),采用強度儲備與超載相結(jié)合的綜合法試驗方法,研究了壩體和壩肩從加荷到破壞的整個過程,試驗中充分考慮了影響壩肩壩基穩(wěn)定的各種因素,既考慮拱壩上游超載情況,同時還重點模擬兩壩肩巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面強度弱化的影響。通過試驗獲得了壩肩壩基的變形及分布特征、失穩(wěn)的破壞形態(tài)和破壞機理。試驗結(jié)果表明:拱壩整體穩(wěn)定安全度約為4.7～4.9,拱壩的基礎處理效果較好,并針對壩肩的薄弱環(huán)節(jié)提出了加固處理措施建議。

結(jié)合小灣高拱壩壩肩壩基的地形、地質(zhì)特征、軟弱結(jié)構(gòu)面分布狀況、淺層松弛卸荷現(xiàn)象以及加固處理方案,建立三維地質(zhì)力學模型,研制主要斷層的變溫相似材料,運用超載與降強相結(jié)合的綜合法對整體模型進行破壞試驗。通過試驗獲得小灣拱壩壩肩壩基的變形特征、失穩(wěn)的破壞過程、破壞形態(tài)及破壞機制,得到強度儲備系數(shù)為1.2,超載系數(shù)為3.3～3.5,確定拱壩壩肩壩基整體穩(wěn)定綜合法試驗安全系數(shù)為3.96～4.20。對試驗數(shù)據(jù)的綜合分析得出,兩壩肩中上部高程部位由于對斷層和蝕變帶采用了混凝土洞塞置換,其變位相對較小,破壞形態(tài)和破壞范圍相對較輕,說明混凝土加固洞塞置換起到較好的加固效果。根據(jù)試驗顯示的破壞形態(tài)和破壞區(qū)域,建議對右壩肩下游1245m高程以上的斷層f11和f10做一定范圍的處理,對左壩肩推力墩以上部分巖體進行適當?shù)募庸烫幚怼?/p>

針對大崗山雙曲拱壩的工程地質(zhì)問題,采用三維地質(zhì)力學模型試驗技術(shù),研究壩體和壩肩從加荷到破壞的整個過程和機制。試驗過程模擬大壩基礎的不連續(xù)巖體條件、巖體力學特性和整體雙曲拱壩。試驗考慮拱壩上游超載情況,同時還模擬兩壩肩巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面強度弱化的影響,為此研制適合該工程的變溫相似材料及試驗模擬新技術(shù),并在一個模型上進行強度儲備與超載相結(jié)合的綜合法試驗。試驗結(jié)果給出拱壩在正常蓄水位和降強之后超載作用下的位移場,獲得壩體和壩肩的變形及分布特征、內(nèi)部斷層典型測點的相對位移,揭示拱壩壩體和壩基失穩(wěn)前后裂縫發(fā)展的全過程及其破壞機制。得到強度儲備系數(shù)為1.25,超載系數(shù)為4.0～4.5,確定拱壩壩肩壩基整體穩(wěn)定安全度為5.0～5.6。對試驗數(shù)據(jù)的綜合分析,可以評價邊坡的穩(wěn)定性,并針對壩肩的薄弱環(huán)節(jié)提出加固處理措施建議。

介紹了牛頭山雙曲拱壩三維地質(zhì)力學模型試驗,包括模型設計、模型制作、加荷和量測等。試驗給出了拱壩在正常蓄水位荷載作用下的位移場,測出了壩體、壩肩、斷層出露處以及壩基內(nèi)部斷層各部位的位移,揭示了拱壩壩體和基礎失穩(wěn)前位移和裂縫發(fā)展的全過程及其破壞機理。對試驗數(shù)據(jù)的綜合分析,可以評價邊坡的穩(wěn)定性,并得到拱壩的整體安全度。

采用三維地質(zhì)力學模型試驗技術(shù),研究某雙曲拱壩壩基內(nèi)的軟弱夾層和裂隙對壩體整體穩(wěn)定性的影響,以及在超載情況下的壩體的破壞形式和破壞發(fā)展過程,從而對大壩的安全性作出了科學評價。

丹巴水電站是目前中國在深厚覆蓋層上即將開工建設的最高閘壩,攔河閘閘基礎覆蓋層最大厚度達127.66m,且結(jié)構(gòu)及組成復雜,閘壩最大壩高38.5m?；陂l基加固處理方案,進行地質(zhì)力學模型綜合法試驗,研究了丹巴高閘壩整體穩(wěn)定問題。研究得到了適用于丹巴閘壩基礎覆蓋層和置換層的變溫相似材料,揭示出丹巴閘壩變位分布特征、發(fā)展過程,以及閘壩基礎失穩(wěn)破壞特征和機理,評價了丹巴閘壩整體穩(wěn)定安全性。

拱壩作為一種安全性及經(jīng)濟性均較優(yōu)的壩型,在世界各地都得到了廣泛的采用。然而拱壩對地形地質(zhì)條件的要求較其它任何壩型都高,壩肩的穩(wěn)定與否,將直接關(guān)系到工程的正常運行和安全性。所以拱壩壩肩穩(wěn)定是拱壩設計中需要重點關(guān)注的問題。錦屏一級水電站壩址具備修建高拱壩的優(yōu)越地形條件,但地質(zhì)構(gòu)造較復雜,壩肩抗力體內(nèi)部存在斷層、層間擠壓帶、煌斑巖脈x及深部裂縫等不良地質(zhì)構(gòu)造,直接影響到拱壩壩肩的整體穩(wěn)定安全性,需要開展壩肩穩(wěn)定深入研究。本文采用強度儲備與超載相結(jié)合的三維地質(zhì)力學模型綜合法試驗對錦屏一級拱壩壩肩的地形、地質(zhì)條件進行模擬,研究拱壩壩肩的穩(wěn)定性。通過破壞試驗得出了壩體與壩肩變形及分布特征、壩肩破壞形態(tài)和破壞機理,確定了壩肩綜合試驗法穩(wěn)定安全度,并針對壩肩薄弱環(huán)節(jié)提出了加固處理措施建議。

分岔式隧道是一種新型隧道結(jié)構(gòu)型式,目前尚無相應的設計、施工技術(shù)規(guī)范和標準可循,為了解這種新型隧道結(jié)構(gòu)的應力和變形狀況,采用三維地質(zhì)力學模型試驗方法對目前在建的滬蓉西高速公路大型分岔隧道進行研究。試驗成果有效地揭示分岔隧道洞周的應力、位移變化規(guī)律和分岔隧道圍巖的破壞機制,獲得分岔隧道的設計和極限承載安全度,為分岔隧道的優(yōu)化設計和施工提供了有工程指導意義的建議和結(jié)論。

為研究復雜層狀壩基的混凝土重力壩非溢流壩段的抗震性能,采用adina程序建立非線性有限元分析模型,以接觸單元模擬緩傾角的軟弱結(jié)構(gòu)面,以concrete本構(gòu)模型模擬混凝土材料在地震中的開裂、壓碎動態(tài)特性,以mohr-coulomb本構(gòu)模型模擬地基巖體材料在地震中的塑性屈服特性,分析了壩體位移、應力、接觸面狀態(tài)及極限抗震能力,研究了非溢流壩段在不同概率等級地震作用下的地震響應與破壞模式,并對復雜層狀壩基重力壩的安全性能進行整體評價。結(jié)果表明,復雜層狀地基結(jié)構(gòu)的重力壩在地震中層間接觸面能夠產(chǎn)生一定滑移,但對壩體的應力和極限抗震能力影響不大。

試 體地質(zhì)力學模型 地基的模擬設計及制作 盧向東黃任常 (廣西大學水科水電研究所) 1概述 拱壩設計中，當壩基地質(zhì)條件復雜時， 壩體和地基整體穩(wěn)定和安全度顯得特別重 要。實踐表明，地質(zhì)力學模型試驗和有限元 數(shù)值分析是當前分析拱壩整體穩(wěn)定和安全度 的主要手段。 對于地質(zhì)力學模型，關(guān)鍵技術(shù)是較準確 地模擬壩基巖體的力學特征。除巖石的力學 性狀外，更重要的是模擬其結(jié)構(gòu)特性，如基 巖的斷層破碎帶、軟弱夾層，有時還包括主 要裂隙組，便體現(xiàn)出巖體的非均勻、非彈 性、非連續(xù)、多裂隙體等力學特征，保證模 型的相似性。進行材料試驗是準確模擬的前 提，即通過調(diào)整組成材料的配比，使模型材 料與原型巖塊在容重、強度及變形特性等方 面達到相似要求，壓制出尺寸規(guī)貝8的各種不 同巖石的均質(zhì)模塊。不難想象，壩基三維狀 態(tài)巖體的結(jié)構(gòu)形式和力學性質(zhì)是很復

對于地基中含有多條軟弱帶、裂隙等可能構(gòu)成多種組合滑動形式的重力壩深層抗滑穩(wěn)定問題,由于滑動面不明確,無法采用傳統(tǒng)的剛體極限平衡法進行分析。強度折減法無需假設滑裂面,根據(jù)特征點位移突變以及塑性區(qū)貫通等判斷準則可確定整體穩(wěn)定性。采用強度折減法,分析了某重力壩加固前后在正常荷載組合及地震工況下的深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。計算結(jié)果表明,各種工況下壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求;設置齒槽加固后安全系數(shù)得到提高。

本壩壩肩地基中有傾向上游軟弱不連續(xù)面,通過1號、2號、3號和4號模型試驗,分別從正、反兩方面說明模型拱壩發(fā)生了上滑(抬)破壞現(xiàn)象。從1號到4號模型,由于不斷地增加了垂直向的阻控上抬措施,致模型中大壩超載破壞安全度由低于1.5p0～1.7p0,增加到了可以接受的3.5p0～5.4p0或3.5p0～4.5p0。上抬主因是f上盤巖石基礎沿該面發(fā)生逆向滑移。不同于沿壩基接觸面,它是另一種沿地基內(nèi)軟弱不連續(xù)面發(fā)生的上滑。

某重力壩壩體動力結(jié)構(gòu)特性及壩基動力穩(wěn)定性分析——以某碾壓混凝土重力壩為研究對象，采用三維非線性有限元數(shù)值模擬方法，對地震工況下壩體及壩基的結(jié)構(gòu)特性、壩基穩(wěn)定性及加固處理措施進行綜合分析；研究地震荷栽對壩體的作用效應，并對壩基的整體動力變形穩(wěn)定...