大渡河大岗山水电站左岸建基岩体开挖松弛深度综合分析

论文摘要

正在施工的大渡河大岗山水电站坝址区区域构造环境特殊,构造成分复杂,主要有断层和具一定延伸长度、产状平缓的缓裂以及基体裂隙(构造节理)等。此外,坝区还发育多条辉绿岩脉,并且断层多发育在辉绿岩脉两壁或内部,使得辉绿岩脉破碎严重。拱坝坝基(肩)的开挖必将引起边坡岩体的应力场的变化,致使岩体应力在开挖方向卸荷松弛,卸荷差异明显,其开挖稳定性问题是引发拱坝安全事故的主要原因。本文基于大渡河大岗山水电站坝基岩体稳定性工程地质研究,现场追踪调查了左岸建基岩体开挖各梯段的工程地质特征,主要以布置在建基面上位于EL1135~EL1040m的灌排洞裂隙发育特征、变模孔岩芯RQD,以及钻孔波速资料(包括爆破孔波速和变模孔弹模)为基础,分析研究了左岸建基面岩体开挖后的卸荷特征来确定松弛带的深度,并采用三维数值模拟的方法对左岸建基面开挖进行模拟分析,取得以下主要研究成果:(1)通过对野外地质资料的分析论证,深入认识了大岗山水电站坝址区的工程地质条件。根据大岗山岩体风化特点,确定出岩体风化标准。按照该标准将岸坡岩体由表向内划分为全风化带、强风化带、弱风化带、微风化—新鲜岩体。(2)现场追踪调查左岸开挖建基面的地质资料,并采用建基面上爆破孔的爆前、爆后的声波和岩体完整性系数对建基面岩体质量进行划分。(3)首先从理论上分析了卸荷作用本质及松弛机理,再根据现场地质调查资料如建基面上灌排洞裂隙发育特征、变模孔钻孔岩芯的RQD、弹模及爆破孔波速资料等对由于开挖引起的卸荷深度进行划分。划分结果显示:利用灌排洞裂隙发育特征划分的松弛带深度稍大,灌排洞的开挖对岩体造成了二次人为扰动即二次卸荷松弛,故松弛深度明显较大;利用变模孔RQD、弹模资料及爆破孔波速资料划分的松弛深度较一致,在垂直建基面方向上,松弛深度由近1米至数米不等,均小于利用灌排洞裂隙发育资料定性划分的松弛深度。一般情况下高高程松弛带深度较低高程稍大,各高程的松弛带深度在坝轴线附近较大,但在局部出现的异常可能与岩脉的发育或破碎带的出现有关。(4)采用三维数值模拟方法对左岸建基面的应力场进行模拟。根据天然状态下平硐地应力测试结果对左岸地应力进行拟合,再计算开挖状态下建基面的应力场,基于应力场分带性与卸荷分带性有相关性的原理,对左岸建基面岩体进行开挖后的卸荷深度划分,模拟结果显示和之前的卸荷深度分析结果相吻合。(5)对开挖卸荷的成因机理进行分析,总结出卸荷与谷坡外形特征及谷坡岩体岩性特征的相关性,另外,开挖松弛深度还与诸多人为活动有关,如开挖爆破方式、开挖深度、支护措施等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩体卸荷特征研究现状
• 1.2.2 岩体质量研究现状
• 1.2.3 数值模拟分析方法研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 大岗山坝区工程地质环境条件
• 2.1 坝区地形地貌
• 2.2 坝区地层岩性
• 2.3 地质构造
• 2.4 应力环境
• 2.5 水文地质环境
• 2.6 左岸岩体风化卸荷特征
• 2.6.1 岸坡岩体水平方向上风化特征
• 2.6.2 岸坡岩体垂向上风化特征
• 第3章 左岸建基岩体开挖后工程地质特征研究
• 3.1 开挖后左岸建基面岩体结构特征
• 3.1.1 左岸建基面开挖后各梯段工程地质特征
• 3.1.2 建基面岩体开挖结构面发育特征
• 3.2 开挖后建基面岩体质量评价
• 第4章 基于现场地质调查资料对左岸建基岩体开挖松弛深度进行划分
• 4.1 卸荷作用本质及开挖卸荷松弛的机理分析
• 4.2 建基面岩体松弛特征及松弛深度的确定
• 4.3 用灌排洞裂隙发育特征初步定性划分
• 4.4 采用变模孔岩芯RQD 及弹模资料划分松弛深度
• 第5章 基于钻孔波速对左岸建基岩体松弛深度进行划分
• 5.1 用爆破孔波速划分松弛深度
• 5.1.1 左岸坝基开挖后松弛带的垂向分布特征
• 5.1.2 左岸坝基开挖后松弛带的平面分布特征
• 5.1.3 不同高程卸荷松弛带随时间变化特征
• 5.2 用钻孔弹性模量划分松弛深度
• 第6章 基于三维数值模拟对左岸建基岩体开挖松弛深度进行划分
• 6.1 计算模型的建立
• 6.2 天然状态下计算模型与现场试验的应力拟合及拟合效果分析
• 6.3 开挖后模型的计算结果分析
• 第7章 影响卸荷的成因机理分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果