大型分岔隧道围岩稳定与支护三维地质力学模型试验

针对大岗山双曲拱坝的工程地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,研究坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程和机制。试验过程模拟大坝基础的不连续岩体条件、岩体力学特性和整体双曲拱坝。试验考虑拱坝上游超载情况,同时还模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行强度储备与超载相结合的综合法试验。试验结果给出拱坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得坝体和坝肩的变形及分布特征、内部断层典型测点的相对位移,揭示拱坝坝体和坝基失稳前后裂缝发展的全过程及其破坏机制。得到强度储备系数为1.25,超载系数为4.0～4.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为5.0～5.6。对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并针对坝肩的薄弱环节提出加固处理措施建议。

介绍了牛头山双曲拱坝三维地质力学模型试验,包括模型设计、模型制作、加荷和量测等。试验给出了拱坝在正常蓄水位荷载作用下的位移场,测出了坝体、坝肩、断层出露处以及坝基内部断层各部位的位移,揭示了拱坝坝体和基础失稳前位移和裂缝发展的全过程及其破坏机理。对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并得到拱坝的整体安全度。

拱坝作为一种安全性及经济性均较优的坝型,在世界各地都得到了广泛的采用。然而拱坝对地形地质条件的要求较其它任何坝型都高,坝肩的稳定与否,将直接关系到工程的正常运行和安全性。所以拱坝坝肩稳定是拱坝设计中需要重点关注的问题。锦屏一级水电站坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质构造较复杂,坝肩抗力体内部存在断层、层间挤压带、煌斑岩脉x及深部裂缝等不良地质构造,直接影响到拱坝坝肩的整体稳定安全性,需要开展坝肩稳定深入研究。本文采用强度储备与超载相结合的三维地质力学模型综合法试验对锦屏一级拱坝坝肩的地形、地质条件进行模拟,研究拱坝坝肩的稳定性。通过破坏试验得出了坝体与坝肩变形及分布特征、坝肩破坏形态和破坏机理,确定了坝肩综合试验法稳定安全度,并针对坝肩薄弱环节提出了加固处理措施建议。

采用相似材料模型试验方法,对软岩隧道在以竖直地应力为主和水平地应力为主两种情况下围岩压力分布规律进行了研究.研究结果表明,隧道围岩应力升高区在隧道周围1倍洞径之内,应力集中系数约为1.2~1.5.因围岩应力重分布而出现塑性区,高应力向深部转移.隧道施作衬砌后,随着洞周围岩应力进一步释放,塑性区继续扩张,应力升高区也进一步向围岩深部发展,洞周的应力集中现象有所减小.隧道边墙中部、拱肩、拱顶是比较关键的部位,应加强支护.

偏压连拱隧道围岩稳定性模型试验与数值分析——按弹性阶段相似原则进行偏压条件下连拱隧道的室内模型试验，模拟连拱隧道的施工工况，研究iii级围岩地质条件下，偏压连拱隧道开挖的可行性．采用压力盒、数码相机、沉降板等仪器量测试验过程中隧道围岩应力和位移...

针对某高拱坝坝址区地质构造复杂,两岸坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面等工程地质问题,本文利用三维地质力学模型试验技术,采用强度储备与超载相结合的综合法试验方法,研究了坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程,试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素,既考虑拱坝上游超载情况,同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理。试验结果表明:拱坝整体稳定安全度约为4.7～4.9,拱坝的基础处理效果较好,并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。

在软弱破碎围岩中进行隧道开挖,往往因岩体应力过大或围岩过分变形而导致开挖面失稳破坏,并引发隧道塌方事故。本文以ⅳ类破碎围岩为参照对象,首先将其等效为单一均值地层,随后利用相似模型材料对隧道地层进行模拟,并在不同加载模式下再现隧道开挖,研究了开挖面的破坏模式及其渐进破坏特征。结果表明,在缓慢加载模式下,开挖面呈穹顶式塌方,而在快速加载模式下,开挖面呈通天型塌方;隧道开挖后的初期,开挖面上部范围岩体的侧向位移较大,而在后期底部岩体侧向位移迅速增大,并最终形成自下而上的破坏面;隧道开挖后,开挖面前方岩体水平向应力增量最大值位于开挖面上部但靠近隧道中线的位置,而竖向应力增量最大值则始终位于开挖面轮廓的顶部。

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法。地质模型是客观物理实体的再现,在满足相似原理的条件下,能够真实反映岩土介质的基本力学变形特性。要进行模型试验,就必须有相应的模型试验装置。根据地质力学模型试验的特点,本文研制出一种能实施同步非均匀加载的组合式地质力学模型试验系统。该系统主要由盒式台架装置、变荷加载板和液压加载控制试验台组成,其具有尺寸可调、加载规模大、持荷稳定的显著优点。应用该系统对一大型分岔隧道工程进行了三维地质力学模型试验研究,有效揭示了分岔隧道围岩位移场、应力场的变化规律和岩锚支护效应。

采用三维地质力学模型综合法试验,探讨在超载和强降的综合影响下溪洛渡高拱坝坝肩、坝基的稳定安全度;分析大坝及坝基、坝肩的变形分布特征,揭示大坝与坝基的变形过程和破坏机理。试验表明,在未计入渗压及地震荷载工况下,坝肩综合稳定安全系数为6.3;在超载情况下,坝肩变位不对称,坝肩破坏形态也不对称,总体上左岸比右岸破坏较重。在超载后期,受坝基附近层间、层内错动带的影响,坝基面径向变位较大,基础约束相对较弱,因此,加强对坝基的加固处理十分重要。

针对锦屏一级水电站左岸1960m高程以上边坡的地形地质条件,采用地质力学模型试验的方法,利用超载法进行破坏试验研究,定性掌握边坡变形破坏的全过程,定量分析边坡的变形和应力变化情况;探明了边坡变形破坏的趋势,得出了边坡基本稳定的结论。

小湾水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的“龙头”水库,大坝为292m高的双曲拱坝,坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质条件较为复杂。针对小湾拱坝1210m高程坝肩的地形地质条件,对坝肩未进行加固处理方案,采用地质力学模型试验方法,抓住影响坝肩稳定的主要因素,利用超载法进行破坏试验研究,分析坝体及坝肩变形分布特征,探讨坝肩失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机理,确定坝肩超载稳定安全度。

锦屏一级水电站是雅砻江干流上的重要梯级电站。工程主要开发任务是发电,同时还兼有拦沙、防洪、蓄能作用。该工程大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高305m,为目前世界上最高拱坝。坝址区地质构造复杂,两岸谷坡为近千米的高陡边坡,两坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面,对拱坝坝肩坝基稳定带来不利影响。采用三维整体地质力学模型试验研究方法,研究了锦屏一级高拱坝坝肩坝基的整体稳定性。试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素,既考虑拱坝上游超载情况,同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制了适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行了强度储备与超载相结合的综合法试验。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理,确定了拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为4.7～5.0,评价了工程的安全性,并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。

在保证大坝稳定设计时,除了数值模拟方法外,对高坝还应当进行地质力学模型试验。本文叙述了地质力学模型试验的工程意义,列举了多个地质力学模型试验实例,并对试验方法及安全系数做了分析。

江口双曲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究——为了对江口拱坝基础处理方案进行验证，弄清大坝在正常荷栽作用下的位移场，了解拱坝和拱座的整体稳定，采用地质力学模型进行了试验研究，全面模拟了江口大坝基础的不连续岩体条件、岩石力学性质和基础处理方案，揭...

锦屏高边坡稳定地质力学模型试验研究——针对锦屏一级水电站左岸1960m高程以上边坡的地形地质条件，采用地质力学模型试验的方法，利用超载法进行破坏试验研究，定性掌握边坡变形破坏的全过程，定量分析边坡的变形和应力变化情况；探明了边坡变形破坏的趋势，得...

针对江口坝区内的多条软弱夹层以及断层、裂隙等地质构造不利条件对坝体稳定的影响,设计采取了基础处理措施.通过地质力学模型试验,研究江口大坝在进行基础处理后,坝体在设计荷载及超载作用下的稳定情况,为设计提供科学依据.

采用三维地质力学模型试验技术,研究某双曲拱坝坝基内的软弱夹层和裂隙对坝体整体稳定性的影响,以及在超载情况下的坝体的破坏形式和破坏发展过程,从而对大坝的安全性作出了科学评价。

针对万家口子双曲拱坝的地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,全面模拟了大坝基础的不连续岩体条件、岩石力学性质、基础处理和整体双曲拱坝,研究了基础对大坝结构变形和稳定的影响,揭示拱坝坝体和坝肩从加荷开始到破坏的整个进程和机理,从而得出了拱坝的破坏机理及超载安全能力。

随着经济的强盛,水利事业的发展,我国大坝、高拱坝数量大增,大坝老龄化现象也在增加,大坝的安全稳定运行是一不容忽视的问题。因此,研究大坝的稳定及内在规律就具有很强的工程意义和现实意义。同时由于工程问题的复杂性使高拱坝整体稳定兼具了挑战性和前沿性。本文从30年的模型试验出发,对该问题进行了有意义的研究。

介绍了用地质力学平面模型试验，对二滩水电站导流隧洞围岩与支护系统的承载能力和稳定性所进行的研究。试验按导流隧洞开挖和支护的施工程序进行，通过模型超载试验了解了导流隧洞围岩与支护系统在平面应变条件下，其变形发展到失稳直至破坏的全过程。

地质力学模型试验技术应用研究——介绍了地质力学模型试验技术的新近研究成果，内容包括获国家科技进步一等奖的pyd-50三向加载地质力学模型试验装置、获国家科技进步三等奖的拉-压真三轴仪和yd-a型岩土工程多功能模拟试验装置等模型试验设备的主要功能、特...

以京沪高速济南连接线港沟隧道穿越断裂破碎带区域为依托工程,研究了复杂地层超大断面隧道施工情况下围岩力学响应特征.研发了大型可拼装式地质力学模型试验系统,搭建了以静态数据采集为基础的应力-应变场监测系统和以光栅测距为基础的位移场监测系统,开展了复杂地层超大断面隧道施工过程力学模型试验研究.通过对试验开挖过程中位移变形和围岩应力变化的实时监测,揭示了超大断面隧道穿越断裂破碎带施工过程的力学演化规律.监测数据表明:位移变形大致可分为“缓慢增加—急剧增大—稳定状态”3个过程,水平收敛位移要早于拱顶沉降进入急剧增大阶段;应力变化也可分为“应力积聚—应力释放—稳定状态”3个阶段.形成的试验方法技术以及结论对类似工程研究具有重要的指导和借鉴意义.