拱壩整體地質(zhì)力學(xué)模型試驗中復(fù)雜地基模擬設(shè)計及制作

針對某高拱壩壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)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(xué)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(chǔ)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(xué)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(dāng)?shù)募庸烫幚怼?/p>

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

隨著試驗技術(shù)的發(fā)展,地質(zhì)力學(xué)模型試驗已成為研究高拱壩整體穩(wěn)定性和安全度的重要方法。依據(jù)相似理論,按照1∶200比例建立楊房溝水電站整體三維地質(zhì)力學(xué)模型,模擬拱壩-基礎(chǔ)及兩岸主要的斷層、節(jié)理裂隙及風(fēng)化卸荷等地質(zhì)條件,采用水壓超載法進行破壞試驗研究,分析拱壩、基礎(chǔ)及兩岸壩肩抗力體的應(yīng)力、變形和穩(wěn)定安全度,研究拱壩-基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性、失穩(wěn)破壞過程及超載能力,并與國內(nèi)同類高拱壩研究成果進行對比分析,綜合評價楊房溝拱壩-基礎(chǔ)整體穩(wěn)定安全度。研究結(jié)果表明,拱壩起裂安全度k1=2.5~3.0,非線性開始安全度k2=4.0~6.0,整體穩(wěn)定極限安全度k3=11.0。可見,楊房溝水電站拱壩-基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性較高。

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(xué)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(chǔ)的不連續(xù)巖體條件、巖體力學(xué)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?zāi)M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(xué)模型試驗,包括模型設(shè)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(chǔ)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。

江口雙曲拱壩整體穩(wěn)定地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究——為了對江口拱壩基礎(chǔ)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(xué)模型進行了試驗研究，全面模擬了江口大壩基礎(chǔ)的不連續(xù)巖體條件、巖石力學(xué)性質(zhì)和基礎(chǔ)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(shè)計采取了基礎(chǔ)處理措施.通過地質(zhì)力學(xué)模型試驗,研究江口大壩在進行基礎(chǔ)處理后,壩體在設(shè)計荷載及超載作用下的穩(wěn)定情況,為設(shè)計提供科學(xué)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(xué)模型試驗技術(shù),全面模擬了大壩基礎(chǔ)的不連續(xù)巖體條件、巖石力學(xué)性質(zhì)、基礎(chǔ)處理和整體雙曲拱壩,研究了基礎(chǔ)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(fù)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。

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(xué)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。

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(fù)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(xué)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。

北溪水電站混凝土雙曲拱壩由于特殊的地形地質(zhì)條件，壩體應(yīng)力和壩肩穩(wěn)定是關(guān)系工程成敗的關(guān)鍵。為此設(shè)計在進行拱梁分截計算的同時，進行了三維有限元非線性分析和地質(zhì)力學(xué)模型試驗。試驗表明，大壩和壩肩的運行狀態(tài)能夠滿足安全運行的要求。

采用三維地質(zhì)力學(xué)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(xué)評價。

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(chǔ)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。

(簡明土木工程系列專集)建筑科學(xué)類著者:周維恒林鵬等出版時間:2008年1月開本:大32k頁數(shù):269裝幀:平裝標(biāo)準(zhǔn)書號:isbn978-7-5084-5225-8定價:$16.00元

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(shè)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(fù)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(xué)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。

本文的試驗研究以相似原理為依據(jù),以幾何和力學(xué)條件相似為必要條件,獲得滿足模擬要求的模型材料配合比。通過試配比制塊,采用單向壓縮試驗測得試件變形模量再核算調(diào)整配合比,經(jīng)進行多次調(diào)整后得到滿足相似要求的模型巖體材料的變形模量,從而達(dá)到解決地質(zhì)力學(xué)模型試驗巖體材料相似模擬研究目的,實現(xiàn)工程不同地段巖體材料的模擬,為地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究提供基礎(chǔ)資料和試驗依據(jù)。

介紹地質(zhì)力學(xué)模型試驗的研究進展,包括新型相似材料、組合式模型試驗裝置及應(yīng)變、位移量測新技術(shù)。新型相似材料能更好地模擬工程巖體,且價格低、易干燥、可重復(fù)利用。研制的新型組合式模型試驗臺可自由組裝、剛度大、整體穩(wěn)定性好,液壓加載系統(tǒng)可實現(xiàn)自動伺服控制和梯度加載。應(yīng)變測試采用先進的高速靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)和光纖測試技術(shù),模型內(nèi)部位移采用研制的光柵式微型多點位移計測量,隧洞表面位移采用內(nèi)卡規(guī)、攝影測量和ccd激光位移傳感器測量。上述測量手段具有自動化、高精度、受干擾小的特點,可得到更精確的試驗結(jié)果。最后,以工程為例說明地質(zhì)力學(xué)模型試驗在分岔隧道研究中的應(yīng)用。

拱壩壩肩巖體在斷層、裂隙、層間剪切帶等地質(zhì)缺陷的作用下形成了不同規(guī)模的滑動塊體,從而削弱了壩肩巖體的完整性,降低了壩肩巖體的承載能力,影響壩肩的穩(wěn)定安全。為了分析壩肩滑動塊體穩(wěn)定性,以立洲拱壩工程為例,采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗,分析兩壩肩的地質(zhì)構(gòu)造及主要軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀發(fā)現(xiàn),兩壩肩存在四種潛在的滑動塊體。在此基礎(chǔ)上,通過地質(zhì)力學(xué)模型超載法對壩肩巖體進行破壞試驗,得到了滑動塊體的失穩(wěn)破壞機理、破壞形態(tài)及影響滑動塊體穩(wěn)定的控制因素,為解決類似工程問題提供了參考。

高邊坡節(jié)埋巖體地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究——按彈塑性體相似判據(jù)和破壞階段相似判據(jù)確立相似常數(shù)、模擬山體形態(tài)、結(jié)構(gòu)面和巖石物理力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力、邊界條件和埋設(shè)地點、建立三維模型、模擬開挖卸荷過程，監(jiān)測邊坡形態(tài)、地應(yīng)力釋放和山體應(yīng)變，認(rèn)識到邊坡變形的主...

分岔式隧道是一種新型隧道結(jié)構(gòu)型式,目前尚無相應(yīng)的設(shè)計、施工技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可循,為了解這種新型隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形狀況,采用三維地質(zhì)力學(xué)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(yīng)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(shè)計和極限承載安全度,為分岔隧道的優(yōu)化設(shè)計和施工提供了有工程指導(dǎo)意義的建議和結(jié)論。