向家壩水利樞紐軟弱層帶工程地質(zhì)特性研究.pdf

1、軟弱層帶因其較差的物理力學(xué)性質(zhì)，常常成為控制巖體穩(wěn)定的關(guān)鍵邊界，尤其在邊坡及大壩工程建設(shè)中，它常常成為邊坡、壩基、壩肩抗滑穩(wěn)定性的決定性因素。因此，研究軟弱層帶的發(fā)育規(guī)律、空間分特征以及合理、準(zhǔn)確的獲得其物理力學(xué)參數(shù)對(duì)大壩的工程建設(shè)及未來壩基抗滑穩(wěn)定都具有非常重大的意義。為此，本論文在大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及聲波測(cè)試基礎(chǔ)上，從以下幾方面對(duì)軟弱層帶的工程地質(zhì)特性進(jìn)行了研究：
　?。?）從壩址區(qū)的巖性、巖相及地質(zhì)構(gòu)造入手，研

2、究軟弱層帶的發(fā)育規(guī)律、空間分布特征和類型劃分。根據(jù)露頭、平洞、鉆孔、聲波數(shù)據(jù)和已有的圖件及資料等多種方法確定軟弱層帶的空間位置。并在此基礎(chǔ)上，利用三維數(shù)值模型程序建立了軟弱層帶的三維空間數(shù)值地質(zhì)模型，然后進(jìn)行剖切，以獲得各個(gè)地段軟弱層帶的展布情況。
　?。?）通過測(cè)試壩址區(qū)軟弱層帶的化學(xué)成分、礦物成分、粒度成分、含水量、干密度、液限、塑限等物理指標(biāo)，獲得軟弱層帶的物質(zhì)組成，粒度成分構(gòu)成，以及同一軟弱層帶處于不同部位的物理性狀，為力

3、學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)資料。
　?。?）論述了影響壩址軟弱夾層強(qiáng)度的主要因素；開展各種物理性狀條件下，夾層粒度成分與強(qiáng)度參數(shù)間的關(guān)系研究，建立強(qiáng)度參數(shù)與性狀指標(biāo)（w/wp）間的相關(guān)方程；研究了在同一物理性狀指標(biāo)下，夾層強(qiáng)度參數(shù)隨粒度成分變化的規(guī)律。通過高壓固結(jié)試驗(yàn)，建立了正應(yīng)力與性狀指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系式。
　?。?）根據(jù)壩址區(qū)軟弱夾層的發(fā)育特點(diǎn)和地質(zhì)環(huán)境并結(jié)合工程需要，確定軟弱夾層強(qiáng)度參數(shù)評(píng)價(jià)的方法和原則。運(yùn)用混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范

4、、大剪試驗(yàn)成果、原位性狀指標(biāo)，天然應(yīng)力狀態(tài)等方法分別對(duì)不同部位的各類夾層進(jìn)行強(qiáng)度參數(shù)評(píng)價(jià)。分析討論規(guī)范中僅用粒度成進(jìn)行強(qiáng)度參數(shù)評(píng)價(jià)存在的問題。利用有限元法分析河床部位下各夾層受到的正應(yīng)力，從而可以獲得無法取得試驗(yàn)資料部位處夾層的強(qiáng)度參數(shù)。綜合分析各種強(qiáng)度參數(shù)取值成果，合理給出向家壩壩址主要夾層強(qiáng)度參數(shù)的綜合建議值。
　?。?）采用 MTS伺服三軸試驗(yàn)儀、多功能攜帶試驗(yàn)儀以及直剪試驗(yàn)儀等三種試驗(yàn)儀器對(duì)F1破碎帶上盤柱狀巖芯、中心泥質(zhì)

5、物柱狀巖芯、下盤柱狀巖芯進(jìn)行了多種方案的強(qiáng)度試驗(yàn)，以獲得F1破碎帶的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。
　?。?）采用 MTS三軸試驗(yàn)儀進(jìn)行程控變形模量試驗(yàn)，并推導(dǎo)變形模量的室內(nèi)理論計(jì)算公式，尋求通過室內(nèi)試驗(yàn)獲取破碎帶變形模量的途徑；使用課題組研發(fā)的―自載式‖變形試驗(yàn)儀對(duì)左岸開挖壩基不同部位的F1破碎帶進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)，并進(jìn)行同步同向聲波測(cè)試。綜合分析試驗(yàn)成果，給出了開挖暴露條件下破碎帶的巖體模量值。
　?。?）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的大量聲波波速

6、和對(duì)應(yīng)的巖體變形模量，建立波速與變形模量之間的相關(guān)方程，然后根據(jù)向家壩壩基巖體質(zhì)量綜合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和穿越破碎帶的深孔確定出各個(gè)鉆孔中破碎帶的波速，從而求得有蓋層保護(hù)條件下破碎帶的變形模量。
　?。?）在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有蓋層保護(hù)條件下的現(xiàn)場(chǎng)特大型原位變形試驗(yàn)，利用推導(dǎo)出的配套理論公式計(jì)算有蓋層條件下的破碎帶變形模量，然后用三維有限元分析加以論證，并將其與用聲波和變形模量關(guān)系式求得的有蓋層條件下的破碎帶變形模量對(duì)比。最后準(zhǔn)確、客觀的給出有蓋層保