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水利水电建设中大坝是最为关键的主体工程,坝工建设的成败在很大程度上依赖于坝基的稳定性。小湾双曲拱坝是世界上在建的同类坝型中最高的,坝体承受的总水推力1660万吨,坝基岩体的承载性能就十分重要。由于小湾坝址区岸坡高陡,开挖规模大、开挖体型复杂,坝基岩体卸荷问题十分突出,它所带来的坝基岩体稳定及岩体性状劣化问题需要高度重视。本文通过系统广泛的资料搜集、详细的工程地质调查、坝基岩体测试以及平面数值模拟论述了坝基卸荷的各种现象,并分析其机理。
国内外有关青藏—川滇地区构造地质、地震地质最新研究成果表明:由于青藏高原的东向移动,川滇地区地壳应力场最大主压应力轨迹沿着弧形走滑断层系由东西向逐渐转为南北向。基于“活动块体”观点,工程区属保山—普洱块体中的保山二级块体,受四个区域性活动走滑断裂围控。GPS实测的地壳运动图像、边界断层最新错动和震源机制解等研究结果一致显示工程区外围构造应力场最大主压应力轨迹取向为SN方向。
通过已有的资料以及详细的现场调查,明确了坝址区的工程地质条件,重点研究了工程区自然边坡的卸荷变形特征、边坡变形破坏模式、卸荷分带特征以及河谷岸坡应力场状态。
开挖前建基面以下岩体以II类岩体为主,坝基开挖后,建基面浅表部岩体沿原有结构面扩展、张开及错动,新的破裂面产生,岩体呈板状。坝基岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形,具明显的时效特征和变形局部化特点。原位测试成果表明坝基开挖后建基面浅表部位岩体质量劣化。
工程开挖引起的卸荷是一个工程与地质体相互作用的过程,开挖引起的岩体卸荷与其几何条件的改变有关。开挖使得建基面浅表部岩体的破坏接近单向应力状态下的破坏特征。坝基板状结构岩体的变形破坏模式可用板梁的弯曲折断机理来解释。
岩体卸荷的本质是应力场受工程开挖影响发生了变化,包括主压应力的方向和应力值的变化,从而导致岩体安全余量的降低甚至丧失。本文对坝基开挖引起卸荷现象的数值模拟揭示了它的发生条件,并从工程开挖引起岩体应力场状态变化这一观点出发,推导出用于描述应力场变化程度的变载系数,分析了应力场状态的变化规律,并表示出卸荷区的分布特征。
硬岩岩体卸荷具有变形局部化特点,声波波速测试法不能灵敏反映受卸荷影响的此类岩体中存在的裂隙,为此提出了声波衰减测试的波谱分析方法。同时也注意到该方法的局限性,初步探讨了岩体声波信号Stockwell时—频—谱定位方法在工程上的应用前景。