拱坝建基面开挖过程中不平衡力变化及处理效果研究
发布时间：2019-11-11 22:03
【摘要】：300 m级高拱坝建基面开挖造成的岩体卸荷松弛对高拱坝的整体稳定性影响巨大。白鹤滩拱坝左岸建基面开挖至628 m高程时也出现了卸荷松弛、结构面错动等现象。基于变形加固理论,提出了使用不平衡力作为坝基岩体松弛卸荷的定量判据,阐释了不平衡力分析岩体开裂与坝基卸荷时效松弛的理论基础,通过试验和数值模拟的对比说明了不平衡力应用于卸荷松弛判据的准确性。使用三维非线性有限元程序TFINE,对白鹤滩拱坝原始地形和开挖过程进行精细模拟,分析了开挖过程中建基面基础(尤其是结构面)的卸荷松弛演变过程。分别对无基础处理、预留保护层和施加锚索情况下的开挖卸荷松弛进行了研究分析。模拟结果表明,在开挖到630 m高程时,在结构面交汇处和坡面出露段附近结构面的不平衡力与屈服区出现集中情况,这与观测到的建基面卸荷松弛以及结构面出现错动裂缝等现象符合;继续开挖过程中,LS331、LS3318不平衡力较大,相对比较危险。另外,坝体底部的陡坎开挖成型时,陡坎底部的不平衡力增加较明显,需减缓陡坎坡度。预留保护层和建基面锚固对控制松弛卸荷作用较小。
【图文】：
饧沙谛逗傻目刂谱?用；预测白鹤滩左岸建基面开挖卸荷，并提供开挖设计施工建议，指导设计施工。1白鹤滩左岸卸荷松弛特征1.1白鹤滩左岸坝基地质特征白鹤滩拱坝为300m级特高拱坝，枢纽区地质条件十分复杂。左岸坝基主要为坚硬的玄武岩，坡面基本为弱风化岩体，完整性较好。左岸570～660m高程之间出露有柱状节理玄武岩，为柱状镶嵌结构，，微裂隙发育，柱状节理玄武岩为典型的各向异性岩体，强度、刚度离散性大，这为坝基开挖和坝体的整体稳定性分析带来较大的困难；左岸河床坝底至570m为角砾熔岩，法向厚度6～11m；如图1所示，在枢纽区发育有较多的结构面，如左岸的错动带C3、C3-1、LS331、LS3318、LS3319、LS3319-1，断层F16、F17等；其中，LS331、F17、LS3319、LS3318等在拱间槽出露。地应力测量结果显示，坝基处于高地应力区，尤其河床底部附近；且侧压力系数较高，横河向约为1.5，顺河向约为1.0，给地应力反演带来较大的困难。图1白鹤滩左岸坝基开挖剖面图Fig.1Cross-sectionofexcavationofleftdamfoundationofBaihetanarchdam在白鹤滩勘测设计中，围绕左岸柱状节理玄武岩、复杂结构面、坝基高地应力等开展了较多的研究[9-11]，随着认识的不断深入，坝体的体型及开挖方案也发生较大的变更。1.2白鹤滩拱坝体型设计计算使用的体型方案为白鹤滩拱坝2014年招标阶段体型方案。在左岸750～834m设置垫座传递拱端推力；左岸750m—河床—右岸610m的拱坝下游设置宽20m的扩大基础作为柱状节理玄武岩区的应力扩散结构；坝体、扩大基储垫座为一个混凝土整体。建基面的最终开挖示意图如图2所示。左岸建基面570～590m之间设置10m高的斜陡坎，坡度1∶0.3；错动带LS331在陡坎底部出露，陡坎底部—坝底之间的建基面沿着
1672岩土工程学报2017年错动带LS331下盘开挖至538m高程。坝底545m高程设置近似三角形的平台。图2白鹤滩拱坝建基面开挖示意图Fig.2SketchofexcavationofBaihetandambasesurface图3白鹤滩左岸保护层设置与锚杆布置示意图Fig.3SketchofprotectivelayerandanchoringarrangementofleftdambasesurfaceofBaihetanarchdam1.3白鹤滩左岸开挖基础处理措施如图3所示，白鹤滩左岸开挖的基础处理主要采用预设保护层和布置锚索锚杆。为分析左岸建基面预设保护层对松弛卸荷的限制作用，本模型模拟了545～660m之间的保护层，其中坝底545m至陡坎底部保护层的法向厚度为5m，陡坎处保护层的法向厚度为10m，陡坎顶部至650m保护层的法向厚度为5m，650～660m之间保护层的法向厚度为2m。在590～700m建基面上布置锚索，共布置6m长的锚杆1855根，1000kN锚索25m长锚索18根，1000kN锚索30m长锚索18根，2000kN锚索40m长锚索29根，3000kN锚索50m长锚索12根，3000kN锚索60m长锚索34根，合计232000kN。1.4白鹤滩左岸开挖卸荷松弛宏观特征2013年9月白鹤滩左岸建基面由坝顶834m高程开始开挖；2014年8月开挖至680m高程，断层F17出露；2014年11月开挖至660m高程，LS3319在建基面开始出露；2014年12月底开挖至628m高程后开挖停工，此时LS3319已经基本出露。2014年12月底在现场巡视中发现：建基面PSL2排水洞上方680m高程的F17产生裂缝；拱间槽下游侧坡690m高程的F17出现裂缝，宽度约1～3cm并基本延伸到建基面。建基面上670～660m之间上游侧混凝土开裂并鼓出，裂缝有扩展趋势。松弛卸荷引起白鹤滩左岸开挖紧急停工，损失惨重。需要对白鹤滩左岸边坡开挖松弛特性及稳定性加强监测，进行分析，并评价预设保护层、锚固布置等基础处理措施的效果。2基于不平衡?
本文编号：2559446
【图文】：
饧沙谛逗傻目刂谱?用；预测白鹤滩左岸建基面开挖卸荷，并提供开挖设计施工建议，指导设计施工。1白鹤滩左岸卸荷松弛特征1.1白鹤滩左岸坝基地质特征白鹤滩拱坝为300m级特高拱坝，枢纽区地质条件十分复杂。左岸坝基主要为坚硬的玄武岩，坡面基本为弱风化岩体，完整性较好。左岸570～660m高程之间出露有柱状节理玄武岩，为柱状镶嵌结构，，微裂隙发育，柱状节理玄武岩为典型的各向异性岩体，强度、刚度离散性大，这为坝基开挖和坝体的整体稳定性分析带来较大的困难；左岸河床坝底至570m为角砾熔岩，法向厚度6～11m；如图1所示，在枢纽区发育有较多的结构面，如左岸的错动带C3、C3-1、LS331、LS3318、LS3319、LS3319-1，断层F16、F17等；其中，LS331、F17、LS3319、LS3318等在拱间槽出露。地应力测量结果显示，坝基处于高地应力区，尤其河床底部附近；且侧压力系数较高，横河向约为1.5，顺河向约为1.0，给地应力反演带来较大的困难。图1白鹤滩左岸坝基开挖剖面图Fig.1Cross-sectionofexcavationofleftdamfoundationofBaihetanarchdam在白鹤滩勘测设计中，围绕左岸柱状节理玄武岩、复杂结构面、坝基高地应力等开展了较多的研究[9-11]，随着认识的不断深入，坝体的体型及开挖方案也发生较大的变更。1.2白鹤滩拱坝体型设计计算使用的体型方案为白鹤滩拱坝2014年招标阶段体型方案。在左岸750～834m设置垫座传递拱端推力；左岸750m—河床—右岸610m的拱坝下游设置宽20m的扩大基础作为柱状节理玄武岩区的应力扩散结构；坝体、扩大基储垫座为一个混凝土整体。建基面的最终开挖示意图如图2所示。左岸建基面570～590m之间设置10m高的斜陡坎，坡度1∶0.3；错动带LS331在陡坎底部出露，陡坎底部—坝底之间的建基面沿着
1672岩土工程学报2017年错动带LS331下盘开挖至538m高程。坝底545m高程设置近似三角形的平台。图2白鹤滩拱坝建基面开挖示意图Fig.2SketchofexcavationofBaihetandambasesurface图3白鹤滩左岸保护层设置与锚杆布置示意图Fig.3SketchofprotectivelayerandanchoringarrangementofleftdambasesurfaceofBaihetanarchdam1.3白鹤滩左岸开挖基础处理措施如图3所示，白鹤滩左岸开挖的基础处理主要采用预设保护层和布置锚索锚杆。为分析左岸建基面预设保护层对松弛卸荷的限制作用，本模型模拟了545～660m之间的保护层，其中坝底545m至陡坎底部保护层的法向厚度为5m，陡坎处保护层的法向厚度为10m，陡坎顶部至650m保护层的法向厚度为5m，650～660m之间保护层的法向厚度为2m。在590～700m建基面上布置锚索，共布置6m长的锚杆1855根，1000kN锚索25m长锚索18根，1000kN锚索30m长锚索18根，2000kN锚索40m长锚索29根，3000kN锚索50m长锚索12根，3000kN锚索60m长锚索34根，合计232000kN。1.4白鹤滩左岸开挖卸荷松弛宏观特征2013年9月白鹤滩左岸建基面由坝顶834m高程开始开挖；2014年8月开挖至680m高程，断层F17出露；2014年11月开挖至660m高程，LS3319在建基面开始出露；2014年12月底开挖至628m高程后开挖停工，此时LS3319已经基本出露。2014年12月底在现场巡视中发现：建基面PSL2排水洞上方680m高程的F17产生裂缝；拱间槽下游侧坡690m高程的F17出现裂缝，宽度约1～3cm并基本延伸到建基面。建基面上670～660m之间上游侧混凝土开裂并鼓出，裂缝有扩展趋势。松弛卸荷引起白鹤滩左岸开挖紧急停工，损失惨重。需要对白鹤滩左岸边坡开挖松弛特性及稳定性加强监测，进行分析，并评价预设保护层、锚固布置等基础处理措施的效果。2基于不平衡?
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