大崗山水電站壩區(qū)輝綠巖流變特性的三軸試驗

針對壩區(qū)開挖高邊坡煤系地層軟弱結構面的發(fā)育特點,設計和開發(fā)飽水條件,軟弱結構面剪切流變試驗裝置,系統(tǒng)開展高邊坡煤系地層中軟弱結構面的時效變形特性研究,尤其是通過長達近1a的流變力學試驗,應用burgers流變本構方程,建立各種類型軟弱結構面的綜合時效本構方程,獲取壩區(qū)煤系地層軟弱結構面的長期強度參數。剪切流變試驗結果表明,飽水狀態(tài)下軟弱結構面長期強度參數c值為57～160kpa,φ值為12°～18°,比利用攜剪試驗所獲得的軟弱結構面飽水快剪強度參數折減約60%。研究結果為水庫蓄水運行期的邊坡安全反饋分析、變形機制、邊坡加固防治對策的采取及支護設計優(yōu)化提供重要的理論依據,也為類似工程邊坡軟弱結構面提供具有參考價值的本構模型。

根據大崗山水電站廠壩區(qū)工程地質條件和水文地質條件,采用三維有限元法,在反演分析天然滲流場的基礎上,系統(tǒng)研究施工期滲流場特性,為設計提供依據。

大渡河大崗山水電站壩區(qū)斷裂的發(fā)育和空間分布與輝綠巖脈關系密切,規(guī)模小,優(yōu)勢產狀為南北走向、西傾、中-陡傾角,以脆性變形為主。通過石英形貌分析結果和電子自旋共振測年說明研究區(qū)內的斷裂的主要活動時期是早更新世-晚上新世。

針對大崗山水電站壩區(qū)v型河谷地形地貌特征,根據地應力實測資料及地質構造條件,考慮邊坡淺表全風化、強風化地層以及斷層破碎帶對壩區(qū)初始地應力場的影響,建立了壩區(qū)初始地應力場三維回歸計算分析模型。通過多元回歸三維數值計算,求得地應力最優(yōu)回歸系數,較為準確地反演了大崗山壩區(qū)的初始地應力場。計算結果表明,大崗山壩區(qū)初始地應力場是一個在淺部以構造應力為主、在深部以自重應力為主、由構造應力和自重應力聯合組成的中等偏高的地應力場,研究結果為壩區(qū)邊坡開挖及長期穩(wěn)定性分析提供了重要依據。

大崗山水電站樞紐大壩為雙曲拱壩,壩址地質條件復雜,外圍區(qū)域性斷裂發(fā)育,壩址區(qū)小斷層遍布。本文通過對壩址區(qū)范圍內小斷層的性狀、特征分析,采用構造地質法、地貌法和測年法對壩址區(qū)小斷層活動性進行研究,得出壩址區(qū)小斷層早更新世以來不具活動性,其成果對大壩的設計及運行具有重要意義。

根據大崗山水電站廠壩區(qū)工程地質和水文地質條件,采用三維有限元法,對廠壩區(qū)天然滲流場進行反演分析,確定出天然滲流場的滲流模型、滲透參數和邊界條件,作為施工期和運行期滲控方案研究的依據。

介紹了大崗山拱壩壩基巖體透水性、地下水分布規(guī)律,壩區(qū)構造特點及對滲透性的影響。根據壩區(qū)水文地質條件及滲流特性,重點研究拱壩滲流控制措施設計,并采用單個排水孔解析理論、密集排水孔模擬方法以及干區(qū)虛擬流動不變網格法進行三維滲流分析,論證滲流控制措施效果。對不同方案及工況進行分析,得到壩基滲流量、揚壓力折減系數等關鍵設計指標。通過分析論證,最終優(yōu)選的滲控措施能夠滿足拱壩安全需要。

以設計優(yōu)化滲控方案計算出的滲流場為基礎,采用三維有限元法,研究運行期滲透壓力對拱壩壩體變形和應力的影響。

為了保證大崗山水電站截流工程成功實施,進行了截流模型試驗研究。通過對大崗山水電站工程截流方案的試驗研究,獲得了截流過程龍口的水流特性,確定了不同龍口寬度時拋投材料的粒徑和合理的拋投強度,推薦采用單戧雙向截流的較優(yōu)方案,為工程截流的實施提供了科學依據。

大崗山水電站右岸邊坡地質條件復雜,地應力較高,發(fā)育有輝綠巖脈、中傾坡外的斷層、卸荷裂隙密集帶等不利組合體,邊坡穩(wěn)定性問題極為突出。將實際微震監(jiān)測技術與有限差分數值軟件flac~(3d)結合,對抗剪洞加固前、后的邊坡穩(wěn)定性以及巖-洞兩體的相互作用進行分析。指出邊坡開挖過程中巖體空間損傷劣化的微震活動規(guī)律和可能發(fā)生坡體失穩(wěn)的潛在滑動面位置。研究發(fā)現抗剪洞起到了很好的加固作用,加固后潛在滑體產生的位移幾乎不到加固前的一半、坡體的安全系數提高了36.2%及微震監(jiān)測得到的微震事件降低了約66.4%。

大崗山水電站混凝土高拱壩施工過程受地形地質條件、壩體結構形式、施工工藝、澆筑機械及施工材料等諸多因素影響,使得施工進度計劃安排和資源優(yōu)化配置非常復雜。通過研究開發(fā)大崗山水電站高拱壩施工進度動態(tài)仿真分析系統(tǒng),對大壩施工進度進行動態(tài)實時仿真分析,提出了與現場生產條件相匹配的最佳資源配置計劃和進度計劃,合理安排了施工進度計劃,實現了對后續(xù)施工方案的實時調整與優(yōu)化。

大崗山水電站右岸壩肩邊坡具有高地應力、高地震烈度、卸荷風化強烈的顯著特點,受巖脈、卸荷裂隙、斷層切割影響,形成了一系列關鍵塊體,而在開挖過程中,這些塊體底部剪出口附近受到開挖卸荷、爆破震動和地下水作用等因素的影響,出現了沿邊界結構面的多次變形開裂與錯動。對右岸開挖邊坡變形開裂的機理進行深入研究,從邊坡的開挖穩(wěn)定、變形及塑性破壞區(qū)等方面,對原設計擬定的三種深層加固方案進行比選分析,選用方案二作為推薦優(yōu)化方案。為了保證深層抗剪結構施工過程的整體穩(wěn)定性,建議先開挖并回填低高程的三層抗剪洞,然后再進行高高程的抗剪洞施工。

大崗山水電站右岸壩肩邊坡具有高地應力、高地震烈度、卸荷風化強烈的顯著特點,受巖脈、卸荷裂隙、斷層切割影響,形成了一系列關鍵塊體,而在開挖過程中,這些塊體底部剪出口附近受到開挖卸荷、爆破震動和地下水作用等因素的影響,出現了沿邊界結構面的多次變形開裂與錯動。對右岸開挖邊坡變形開裂的機理進行深入研究,從邊坡的開挖穩(wěn)定、變形及塑性破壞區(qū)等方面,對原設計擬定的三種深層加固方案進行比選分析,選用方案二作為推薦優(yōu)化方案。為了保證深層抗剪結構施工過程的整體穩(wěn)定性,建議先開挖并回填低高程的三層抗剪洞,然后再進行高高程的抗剪洞施工。

大崗山水電站壩址區(qū)地形地質條件復雜,地震烈度高,樞紐布置難度大。根據壩址區(qū)水文地質條件,樞紐布置采取混凝土雙曲拱壩擋水,壩身深孔、右岸泄洪洞泄洪及水墊塘、二道壩消能防沖,以及左岸引水發(fā)電系統(tǒng),很好地利用了上、下游兩個河灣地形,使左岸引水發(fā)電系統(tǒng)和右岸泄洪建筑物都能裁彎取直布置,在保證水流順暢的同時,節(jié)約了工程投資。

大崗山水電站工程場地地震安全性評價表明,工程所在區(qū)域斷裂帶活動性強,工程場地基本烈度為ⅷ度,100a超越概率2%的基巖場地水平峰值加速度為557.5gal,大崗山拱壩設防地震加速度為目前國內外已建和在建工程之首,抗震安全成為工程建設的關鍵技術問題。通過深入開展地震動力反應分析、抗震性能評價及抗震措施設計研究,認為在強震作用下,壩踵部位、底部壩基面和壩體中上部梁向為抗震薄弱部位。通過配置梁向鋼筋和跨橫縫阻尼器,可顯著改善強震下壩體損傷程度并減小橫縫開度。采取上述抗震措施后,在設計地震下,壩體整體安全;在校核地震下,壩體整體穩(wěn)定,并具有較高的安全裕度。

針對低堿度軟水條件下水泥灌漿帷幕的耐久性,采用加速腐蝕的室內試驗方法,以溶出性ca2+量為評價指標,研究了滲透壓力、hco-3濃度、漿液配合比和水溫等因素對帷幕耐久性的影響程度和規(guī)律。在高水頭和低堿度軟水作用下,100年后大崗山水電站壩基帷幕結石體性能將會出現一定下降,但幅度不大,不會對帷幕防滲體系產生嚴重的影響。試驗所采用的研究方法和成果可為類似工程提供參考。

大崗山水電站拱壩壩身泄洪流量大、水頭高,泄洪消能是工程的關鍵技術難題之一?；谏羁仔购闀r流態(tài)、泄流能力、水墊塘內動水壓力及流速水力學原型觀測成果、工程實際運行效果,對水墊塘的水力特性進行分析,論證了當前深孔及水墊塘泄洪運行的安全性,并對工程的合理化運行、下一步研究提出了建議。

為確保大崗山水電站2008年施工期安全渡汛,保護已建工程免受洪水毀損,進行了施工渡汛水力學模型試驗研究.通過水工模型試驗,對設計渡汛方案進行了對比試驗并提出了推薦方案,觀察了渡汛時全河床過流時的水流流態(tài),測試了上、下游圍堰堰面過流時的水面線、流態(tài)、脈動壓力、流速分布等水力特性并觀測了圍堰堰面過流時的沖刷及破壞情況;通過動床試驗,研究了汛期基坑不同堆渣高程河床過流時的水流流態(tài),下游石渣的沖刷流失情況;為大崗山水電站的安全渡汛設計及施工提供了可靠的科學依據.

通過對二灘水電站右壩肩纖閃石化玄武巖軟弱巖帶的實地調查,并結合室內及現場流變試驗結果,建立了該軟弱巖帶的流變模型——三參數固體模型。應用曲線求參及有限元反演方法獲得兩組流變參數,并在此基礎上對現場巖體的流變參數進行預測,從而確立了該軟弱巖帶的本構方程。隨后,引進金屬材料研究領域的成果,利用“轉換法”求得各級正應力下的長期抗剪強度,并對現場巖體的長期抗剪強度參數進行了預測。

利用土體流變試驗機對溫州地區(qū)水泥土進行了流變試驗,研究結果顯示:水泥土具有較強的流變性,水泥土的流變特性隨軸向應力水平的增大而加劇;同一圍壓下,軸向應力水平越大,應變速率也越大;水泥土的瞬時變形非常顯著;隨著圍壓的增大,流變變形有減小的趨勢,圍壓對水泥土的流變變形起限制作用.水泥土的流變特性可以采用經驗模型和三維burgers模型進行描述.對水泥土的電鏡照片進行分析,發(fā)現水泥土內部存在著許多裂紋、孔隙等初始損傷.隨著應力水平提高,水泥土體內部出現新的損傷;應力水平越大,持續(xù)時間越長,損傷積累越多,因此水泥土流變特性隨應力和時間增加而加劇,穩(wěn)態(tài)速率增加.

綠片巖三軸流變力學特性的研究i試驗結果——為了解錦屏一級水電站壩基綠片巖的流變力學特性，采用巖石全自動流變伺服儀對綠片巖進行了三軸壓縮流變試驗。基于試驗結果，研究了綠片巖在不同圍壓作用下的軸向應變以及側向應變隨時間的變化規(guī)律，討論了流變特性對...

根據大崗山水電站施工導流期壩肩開挖巖石時石渣落入河中,形成河床堆渣,產生土石圍堰過流度汛的工程情況,為此,采用水工模型試驗的方法,確定上下游圍堰高程以及基坑堆渣的部位和高程,為大崗山水電站過水土石圍堰安全有效的度汛提供設計依據。