关键块体概率分析在复杂构造条件下大型地下工程开挖中的应用

锦屏一级水电站泄洪洞位于雅砻江右岸埋深大于100m的大理岩中,构造条件复杂,确定隧洞开挖面是否可能产生关键块体对工程安全具有重要意义。本文在对泄洪洞中导洞地质调查和研究基础上,将随机概率模型引入关键块体理论,分析关键块体的生成概率、体积大小与安全系数,得出关键块体形成概率服从负指数分布,主要取决于J②、J④组裂隙迹长的分布情况; 关键块体的体积与主要结构面迹长成正比,最终收敛于结构面对关键块体完全切割时的关键块体体积; 关键块体的安全系数随主要结构面迹长的增加而降低,但是同样收敛于结构面对关键块体的完全切割情况。为设计有效的加固方案提供了依据,具有积极的工程应用价值。     

张集线旧堡隧道工程地质条件和岩体结构特征研究

新建的张集铁路（张家口 集宁段）旧堡隧道是全线关键性控制工程,位于河北省万全县旧堡乡与尚义县土夭村之间,隧道穿越由晚太古代马市口组(Arm)麻粒岩和黑云母斜长片麻岩组成的一套高级变质岩建造,断裂构造极为发育,岩体破碎。原设计Ⅱ、Ⅲ级围岩洞段占隧道线路总长的71.8%,而已施工揭露的工程地质条件较差,全部变更为Ⅲ级加强及Ⅳ、Ⅴ级围岩,变更率高达80.3%。施工过程中多次发生挤压大变形、塌方、突涌水等施工地质灾害,共处理大塌方段8处小塌方21处计130m,处理大变形18段计550m。本文分析了DK30+520～910洞段地层岩性、地质构造、地应力、地下水等隧道围岩主要工程地质条件,从结构面和工程地质岩组的物理力学特性出发,研究了该洞段特殊的岩体结构,指出该隧道围岩岩体结构特征主要受与隧道轴线小角度相交的构造挤压破碎带及软硬交替产出的岩组控制,隧道围岩变形破坏受岩体结构控制作用明显,并总结了施工中可能遇到的几种岩体结构。该研究对类似工程地质条件地区隧道工程围岩分类、支护设计和施工有一定的借鉴意义。     

大瑞铁路澜沧江大桥工程边坡岩体结构特征研究

岩体中结构面的展布及其组合特征决定了岩体的工程地质性质和力学性状,影响着岩体的破坏方式。大瑞铁路澜沧江大桥所处的澜沧江构造带,具有高地震烈度、活跃的新构造运动、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程等地质特征。工程区两岸节理裂隙等弱面发育,岸坡浅表改造过程强烈,导致岩体结构复杂。通过野外现场调查,对两岸边坡岩体结构面数据进行统计分析,采用^x2检验与K-S检验法对结构面进行概率密度拟合,分析岩体结构特征。结果表明：(1)右岸的优势结构面有三组; (2)左岸的优势结构面有四组; (3)各组优势结构面产出状态数据均服从正态分布。在统计分析结果的基础上,建立两岸岩体结构的统计模型,并对边坡破坏模式进行定性分析,认为：(1)右岸边坡变形破坏模式为滑移 压致拉裂; (2)左岸结构面贯通性不好,主要的破坏模式是局部块体滑移。
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某电站大型地下洞室群主变洞确定性块体稳定性评价

以黄河上游某大型电站地下洞室群主变洞为例,通过在AutoCAD软件中建立洞室与结构面的三维实体模型,借助自编程序切割,展示这些结构面在主变洞边墙及拱顶的出露情况,在此基础上检索出组合块体21个,最后对这21个块体进行了确定性块体稳定性评价,给出其在主变洞上下游边墙及拱顶的块体组合情况、滑动方式、出露桩号和高度、出露面积、分布深度、体积、稳定性系数等。     

高陡岩质料场边坡稳定性与支护设计研究

水电站料场高边坡具有高度大、坡度陡、卸荷速度快等特点,因多按临时边坡进行设计,故施工期变形破坏事例频发。基于这一现状,依托瀑布沟水电站两岩质料场边坡,通过两年多跟踪施工过程的支护设计工作,总结出一套操作性强的料场高边坡稳定性及支护设计方法。针对料场边坡存在的受软弱结构面控制的边坡整体稳定性、浅表层块体稳定性、碎裂岩体稳定性三种工程地质问题,在跟踪施工过程开展岩体结构调查的基础上,按照先整体后局部的稳定性评价思路,开展高边坡稳定性评价。施工期动态支护设计按照“保证整体稳定,控制局部变形,顾全潜在失稳区域”的理念,通过定性评价确定不稳定区域并优先设计提交施工;针对施工中最易出现的块体变形和碎裂岩体变形,建立了合理的支护设计原则和严格的施工规定;对稳定性差、施工风险高、支护造价大的潜在不稳定区域,应及时地调整开挖方案,减少工程造价。实践表明,这套方法保证了料场高边坡的快速施工安全,减少了工程投资。     

基于虚功原理的悬索桥隧道式锚碇边坡稳定性分析

本文基于虚功原理,结合工程地质勘察资料,在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载作用,研究坝陵河大桥西岸隧道式锚碇边坡的整体稳定性。本文的力学分析模型采用多个块体破坏机构的分析方法,假定块体的底面和侧面均达到了极限平衡状态,安全系数可通过功能平衡的虚功原理表达式来求解。功能平衡方程中仅有安全系数一个未知数,条块底部和界面上的法向压力和切向摩擦力并不出现,求解大为简化。     

重庆涪陵五中滑坡特征及成因分析

重庆涪陵五中滑坡（130×104m3）发生于2008年1月3日,该滑坡位于涪陵五中西南的迎宾大道内侧,属单斜顺层岩质滑坡。通过详细的现场调查和室内资料分析后认为：中倾坡外的顺层结构、碎裂结构的岩体为滑坡的孕育和发生提供了物质基础和结构条件,是滑坡发生的结构性因素;泥质砂岩和泥岩属中等膨胀性岩石,遇水极易软化,加之历史上构造应力的作用,形成层间泥化夹层,泥化夹层含膨胀性粘土矿物蒙脱石和伊利石,是造成滑坡发生的控制性因素。诱发因素主要有两个：一是由于水的作用,坡体岩层间泥化夹层发生软化,降低了力学强度;二是修建公路开挖坡脚进行人工切坡形成有效临空面,坡体具备了临空剪出的条件。随着坡体的蠕动变形,在各种因素的综合作用下,层间剪切带逐渐贯通,最终导致滑坡发生。     

清江大龙潭水利枢纽防渗帷幕设计及效果监测分析

大龙潭水电站坝址位于碳酸盐岩地区,岩溶发育受岩性和构造控制：在奥陶系南津关组第一段(O1n1)页岩夹灰岩、第二段第一层(O1n2-1)泥质条带灰岩及寒武系第四段第二层硅质条带灰岩(∈4-23m)中岩溶不发育,其他地层的灰岩中岩溶发育; 岩溶发育方向主要沿岩层层面和顺河向的断层发育,形成岩溶通道。因此水库渗漏主要沿岩溶发育的断层产生,防渗帷幕设计以奥陶系底部188m页岩为防渗依托,并重点加大断层部位的工程量。后期地下水长期观测分析表明,帷幕防渗效果良好,不存在大的库水渗漏,仅在局部断层构造发育部位渗漏量略大。大龙潭水电站防渗帷幕工程成功的范例为碳酸盐岩地区其他工程的防渗优化设计提供了很好的借鉴意义。     

泰山经石峪缓坡石坪片状剥落风化的几何特征

针对异径管的冲蚀失效问题,以管壁腐蚀产物保护膜为研究对象,主要研究流固耦合对管道 冲蚀破坏的作用机理. 建立流固耦合数理模型,推导出在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler, ALE)描述下的黏性流体N-S方程和腐蚀产物保护膜固体区域的控制方程, 分析管壁边界层多相流介质流动与腐蚀产物保护膜破损之间的耦合作用. 以异径管冲蚀失效 为例,运用多物理场耦合软件,分析了异径管流体流向、结构和规格对保护膜变形的影响, 模拟结果表明：流向为``大进小出'的冲蚀较严重;偏心异径管比同心异径管冲蚀严重;两 端管径差越大,冲蚀越严重. 可为异径管的失效分析、优化设计和在役检验提供参考.     

谈工程地质的学科价值与学科发展

工程地质是一门认知工程－地质相互作用规律和过程的科学,它的使命是保障人类工程活动的安全。工程地质学科的基本理论形态包括“成因演化论”、“结构控制论”和“相互作用论”,这些理论有着相通的思想方法,就是成因决定结构,结构控制行为,工程地质过程是工程建设与地质环境相互作用的过程。随着我国近期工程建设的规模增大,埋藏加深,地质条件更复杂,由此带来的工程地质问题表现出显著的新特点,即研究对象大、深、动、热凸现,工程地质过程水、岩、温、化耦合,已有理论遭遇挑战,工程地质过程研究需要扩充。工程地质学科近期需要加强地质体工程性质研究、工程地质动力过程研究,以及地质环境研究。地质、地球物理、力学、工程科学的结合是工程地质学科发展的有效途径,理论、技术方法与实践并重的模式是工程地质学科发展的基本模式。     

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6：2.5：1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm×37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6：2.5：1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。
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基于数量化理论的岩堆稳定性评价模型

影响岩堆稳定的定性因素难以在极限平衡、数值分析中全面反映和定量表述。数量化理论可通过定性指标定量化,充分考虑定性指标的影响。基于数量化理论,提出岩堆稳定性评价模型。根据岩堆组成物质及内部颗粒接触情况进行结构分类;基于主因素分析,采用岩石单轴饱和抗压强度（分为四级）、岩堆结构（分为四级）、地形坡度（分为三级）及地下水发育情况（分为二级）4个评价指标建立了岩堆稳定性评价模型。模型在云南水富-麻柳湾高速公路中的应用成果表明：影响岩堆稳定性的主要因素是岩堆结构、岩石强度和地下水。     

长江三峡工程库区千将坪滑坡地质特征及成因分析

 千将坪滑坡体位于三峡库区长江支流青干河的左岸,距三峡工程坝址44km。2003年7月13日零时20分,三峡库区秭归县千将坪村发生了山体基岩滑坡,造成15人死亡、9人失踪,4家乡镇企业被摧毁。文章通过对滑后详细地质调查,阐述了千将坪滑坡区地质条件,描述了滑坡发生的前兆现象以及滑坡发生滑动的过程,仔细分析了千将坪滑坡各要素的特征。根据滑坡体物质组成和结构的差异,把滑体物质自滑坡后缘至前缘分为块石堆积区、基岩裂解区、土夹块石区、漂砾卵石区。同时,文中研究了滑带土的物理力学性质,分析了滑坡体的成因机制,从地形地貌、岩性组合、构造条件详细论述了斜坡失稳的内因,认为导致斜坡失稳的外部因素有集中降雨、农田灌溉以及三峡蓄水3个方面的影响。     

岩质边坡关键块体的搜索方法及工程应用

工程边坡开挖所揭露的某些结构面组合块体在破坏原有静力平衡状态后,进行应力重新分配,进而块体会发生失稳、滑动等变形,甚至影响到整个边坡发生破坏,因此,结构面组合块体的稳定性是决定岩质边坡稳定的重要因素。本文通过对某工程开挖边坡地形和结构面三维实体模型的建立,实现了边坡结构面与开挖地形实体模型在AutoCAD平台上的可视化操作,剖切不同位置的二维图形预测分析了边坡开挖后可能存在的结构面组合块体,采用块体计算程序(Swegde)验证关键块体并进行稳定性评价。结果表明：三维实体模型及剖切技术与块体计算方法的结合,易于搜索关键块体。事实证明,该方法操作简便,计算结果准确,搜索方法具备可行性。     

基于有限元强度折减法的复式抗滑桩内力计算及桩土作用机理分析

在边坡、滑坡防治工程中已得到广泛应用的“П”形、“h”形等复合式抗滑桩,由于其多属于复杂的超静定结构,受力形式或荷载分配方式仍存在较大争议,桩土相互作用关系复杂,传统方法在求解其内力时往往面临较大困难。有限单元法和强度折减法的结合为解决这类问题提供了一条可行的途径,该方法求解这一类问题时不需要假定抗滑桩系统的结构类型以及岩土体作用在抗滑桩上的荷载分布形式,因此获得的计算结果往往更符合实际情况。本文以某隧道进口岸坡的“П”形抗滑桩为例,在详细分析岸坡稳定性状况以及可能失稳模式的基础上,采用有限元强度折减法对桩身内力、桩土作用关系以及治理效果进行计算和分析,结果表明利用有限元强度折减法求解这类具有复杂超静定结构抗滑桩系统的内力是一条有效的途径,计算结果对该治理工程的设计具有一定的应用参考意义。     

龙游石窟3号洞第3-2号岩柱的监测与开裂机理分析

龙游石窟1-5号洞室群几百年来一直处于水下,1992年首次被抽干水用于开发旅游。由于抽水前后环境的强烈改变,以及洞内干湿交替明显,所以洞室围岩风化和破坏都十分严重。其中,本文所讨论的3号洞第3－2号岩柱就是已发生严重开裂,并亟待加固。为对该岩柱的加固提供科学依据,需准确把握变形破坏发展情况和据此研究它的变形破坏机理。为此,作者采用JSYCB-73系列电感式测缝仪和钢尺等手段对岩柱开裂的宽度和长度进行监测。根据监测所取得的大量数据和地质条件,对该岩柱的开裂机理进行了分析,得出了以下结论：（1）用来加固邻区的混凝土喷层的重力部分转移到该岩柱上,从而增加了荷载;（2）由于洞内渗水严重、干湿交替、温差变化较大等使风化作用加大。结果,导致该岩柱的强度降低。（3）该岩柱强度的降低和所施加荷载的增加等两个因素最终导致了岩柱被压裂。根据上述研究结论,并考虑文物保护和旅游的需要,提出了治水、地表卸荷、岩柱加锚、加箍等加固措施。加固后的监测数据表明,开裂已不再发展,岩柱已处于稳定     

某水电站地下洞室随机块体稳定性评价及系统锚固设计

地下洞室中的随机块体是指由岩体中的随机节理或者基体裂隙构成的不确定性块体 ,在已建的地下厂房中 ,这类块体大量存在 ,这类块体的稳定性会对洞室的施工安全造成较大的影响。在设计中这类块体常常是通过系统锚杆进行加固 ,但由于块体位置随机性和几何特征的不确定性 ,使得系统锚杆的长度和间距很难确定。本文以某水电站的地下洞室为研究对象 ,在深入了解地质条件、岩体结构特点的基础上 ,找出可能构成随机节理的分布规律 ,再分析节理与节理、节理和Ⅰ、Ⅱ类确定性结构面可能的组合 ,得到可能的随机块体 ,然后采用块体理论评价其稳定性 ,得到随机块体的几何特征和稳定状况 ,总结出最优的锚杆长度 ,为地下洞室的系统锚杆长度的确定提供了理论依据     

爆破影响下岩质高边坡浅表层块体稳定性研究

摘要：岩质高边坡整体稳定性主要受软弱结构面及其组合控制,在组合有利的情况下,边坡主要发生浅表层块体失稳,开挖时的爆破振动作用是影响浅表层块体稳定的重要因素。本文以大渡河中游某岩质块状结构高边坡为例研究浅表层块体的稳定性,在总结浅表层块体失稳特征的基础上,实测爆破振动曲线,进行块体稳定性评价。研究结果表明,开挖后已失稳浅表层块体大多小于10m3,80%受软弱结构面控制,70%集中在马道下缘;实测的浅表层块体爆破振动加速度曲线显示,与邻近围岩相比,浅表层块体振动持续时间长,频率低,峰值小;等效静力法评价结果较爆破参数推算法更适用于临界失稳浅表层块体的稳定性评价。     

多层采动条件下采空区覆岩残余裂隙发育规律的实验研究

采空区残余裂隙的发育情况是采空区充填注浆设计需要考虑的重要因素。本文采用相似材料模拟实验的方法,探讨多层采动条件下采空区覆岩残余裂隙的分布规律和发育程度。研究结果表明：开采结束后采空区残余裂隙在剖面上具有明显的分区性,从采空区两侧到中间可划分为残余裂隙发育区、裂隙压密区和地表张拉裂隙区; 残余裂隙发育区的残余裂隙率一般介于19.54％～45.27％之间,裂隙压密区的残余裂隙率介于9.28％～19.33％之间; 离层裂隙发育高度是受采宽和累计采厚综合影响的结果。研究成果对于老采空区建筑地基的稳定性评价、采空区处治工程范围与深度的确定、注浆孔的合理布置、单孔注浆量的合理计算等都具有重要的理论研究价值和实际指导意义。     

反倾层状岩质边坡失稳的断裂力学分析

反倾层状岩质边坡的高危地质灾害承载体在自然界中普遍存在,为研究其失稳破坏机制,将反倾边坡岩层简化为一个带裂缝的悬臂梁,建立了由一组结构面控制边坡稳定性的断裂力学模型,推导了各岩层结构面等效应力强度因子和岩层及边坡稳定性判据。分析了岩层倾角、层厚、结构面长度、内摩擦角和粘聚力5个因素对边坡的稳定性影响。结果表明,随着岩层倾角和结构面长度的增加,边坡不稳定区域增加,坡脚处的抗滑稳定性减小;随着内摩擦角和粘聚力的增大,边坡不稳定区域减小,坡脚处的抗滑稳定性增大;随着岩层厚度的增大,不稳定岩层的范围基本保持不变,但是岩层的抗滑稳定区域随着厚度增加逐渐向坡脚移动,厚度越大,坡脚处的抗滑稳定性越大。实例分析验证了本文理论的合理与可行性,研究结论对工程实践具有一定指导意义。