大渡河长河坝水电站河谷应力场特征及应用研究

摘要

本文在大渡河长河坝水电站坝址区基本地质条件、斜坡岩体结构、变形破裂迹象等研究基础上，着重对坝址区岩芯饼裂等高地应力地质现象的发育特征作了调查，采用改进型门塞式应力恢复法对坝址区不同高程勘探平硐的硐壁应力场作了较系统的测试和分析，结合孔径变形法、水压致裂法地应力测试成果，采用二维和三维有限元数值模拟方法，研究了坝址区河谷应力场的分布规律及其分带性。在此基础上，探讨了河谷应力场特征在斜坡岩体卸荷分带和岩级划分中的应用。得到如下主要认识。 (1)采用改进型门塞式应力恢复法较系统地测试了坝址区不同高程勘探平硐的硐壁二次应力场，并用二维数值模拟方法对测试成果作了反演分析，首次用系统测试的方法得出了高边坡浅表部岩体应力场具有“驼峰式”分布的特征。 (2)根据硐壁应力系统测试成果，结合岩芯饼裂等高地应力地质现象的分布特征及孔径变形法、水压致裂法等地应力测试成果，分析了坝址区河谷应力场的分带性，将河谷应力场可分为应力降低带、应力增高带、应力波动带和原岩应力区，其中应力增高带水平深度一般为40m～120m，原岩应力区水平深度一般在360m以内，其最大主应力方向为NWw～EW。 (3)应用三维数值模拟技术，采用了地质过程动态模拟的数值分析方法，反演分析了工程区河谷地应力场的形成演化及空间发育分布规律。现今河谷应力场显示出构造应力与自重应力叠加作用的特点；主应力迹线在近坡面发生明显偏转，最小主应力垂直坡面，且量值较小，最大主应力平行坡面；谷底附近存在着一个较明显的“高应力包”(最大主应力可达30～56Mpa左右)。 (4)用vB语言编写了ANSYS-FL,AC3D接口程序，充分发挥了ANSYS软件强大的建模功能和FLAC3D优越的算法，为模型的建立和计算提供了保障。 (5)根据河谷应力场与斜坡卸荷带的内在联系，探讨了斜坡应力场分带性特征在斜坡卸荷分带中的应用，其成果与定性分析及波速、RQD、回弹值等定量划分成果具有较好的对应性，进而综合划分了坝肩边坡岩体的卸荷带。 (6)根据地应力研究成果，采用考虑地应力因素的BQ法对坝肩边坡岩体质量等级进行了划分，并与定性判断和CSMR法划分结果进行了对比，综合得出了坝肩边坡岩体质量等级以Ⅱ、Ⅲ级为主，左岸边坡Ⅱ、Ⅲ级岩体占70．1﹪，右岸边坡Ⅱ、Ⅲ级岩体所占比例76.7﹪。Ⅳ类岩体一般分布在边坡浅表部位，约在平硐口至硐深50米范围内。

目录

文摘

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1引言

1.1选题依据及研究意义

1.1.1工程概况

1.1.2选题依据

1.2国内外研究现状

1.2.1.地应力场的研究历史

1.2.2应力测量方法的研究

1.2.3初始地应力场的研究

1.2.4地应力场的应用研究

1.2.5存在的问题

1.3研究思路及技术路线

1.3.1主要研究内容

1.3.2研究思路及技术路线

2研究区工程地质条件

2.1区域地质条件

2.1.1区域构造

2.1.2区域地貌及其演化

2.1.3新构造运动

2.1.4区域应力场背景

2.1.5地震

2.2工程区地质环境条件

2.2.1地形地貌

2.2.2地层岩性及岩体结构

2.2.4岩体物理力学性质

2.2.5风化卸荷

2.2.6水文地质条件

2.2.7边坡变形破坏特征

3.工程区地应力场特征及测试成果分析

3.1高地应力地质现象

3.1.1河床钻孔岩芯饼裂现象分析

3.1.2平硐硐壁的片帮剥离现象

3.2地应力测试成果分析

3.2.1水压致裂法测试成果分析

3.2.2孔径变形法测试成果分析

3.3洞壁二次应力测试成果分析

3.3.1测试方法

3.3.2测试成果分析

3.3.3测试成果的二维数值模拟反演分析

3.3.4斜坡浅表部应力测试成果分析

3.4斜坡应力场分带性成因分析

4.河谷应力场分布的三维数值模拟研究

4.1计算模型的建立

4.1.1计算方案

4.1.2建模及计算软件简介

4.1.3ANSYS-FLAC3D接口程序开发

4.1.4模型边界条件及力学参数

4.2地应力场形成演化过程分析

4.2.1初始阶段

4.2.2区域性侵蚀阶段

4.2.3河谷下蚀阶段

4.3断层对应力场的影响分析

4.4河谷地貌对应力场的影响分析

4.5坝址区河谷应力场分布特征及其分带性

4.5.1河谷应力场分布特征

4.5.2河谷应力场的分带特征

5.地应力场的应用研究

5.1地应力场在斜坡岩体风化卸荷分带中的应用

5.1.1岩体卸荷分带研究意义及方法

5.1.2斜坡卸荷(风化)带的定性划分

5.1.3河谷应力场分带性在卸荷分带中的应用

5.1.4斜坡卸荷带的综合划分对比分析

5.2斜坡岩级分带中的应用

5.2.1边坡岩体质量分级概述

5.2.2边坡岩体质量定性分级标准

5.2.3边坡岩体质量定量分级

结论及建议

致谢

参考文献