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风化作用可以降低岩石的力学性质并影响岩体的稳定性,不同程度的风化作用对水利水电工程中坝基、边坡及其洞室围岩稳定的影响程度也不同,因此岩石的风化作用是众多工程实际问题中遇到的重要难题。本文主要针对向家坝水电站风化砂岩的工程特性进行了研究,并对坝区的一种特殊的风化现象——囊状风化的成因进行了研究分析,并通过室内物理力学试验的方法,分析强风化作用对砂岩力学性质的影响程度。并研究了风化作用对工程中地下洞室稳定性的影响,本文研究工作主要内容如下:
1.对于向家坝水电站工程区出现的一种岩石风化的特殊现象-囊状风化现象,本文运用X-射线衍射的试验手段,并通过分析有关单位提供的薄片鉴定试验资料等,分析了向家坝砂岩囊状风化的成因及影响因素。研究表明,向家坝坝区砂岩囊状风化现象的形成机理与其本身的物质组成、地质构造状况、水文地质条件以及水化学作用等有关;囊状风化现象的形成主要是由于研究区岩层中可溶性成分变化较大,某些层位岩石中的碳酸钙含量达到30%以上,其碎屑物被可溶性成分包裹,很易被溶蚀。
2.运用室内岩石单轴压缩试验与岩石三轴压缩试验的方法,对强风化作用给向家坝砂岩的力学性质造成的影响程度进行量化分析。研究表明,强风化作用使单轴压缩条件下的砂岩的抗压强度降低了86%,弹性模量降低了82%,变形模量下降了81%;在5MPa围压的三轴压缩条件下,砂岩的抗压强度降低了78%,弹性模量降低了78%,变形模量下降了71%;强风化作用使砂岩的粘聚力从40.8MPa降至4.58MPa,下降了约89%;内摩擦角由45.8°降为43.2°,下降了约6%。
3.考虑风化作用对向家坝右岸地下洞室围岩稳定性的影响,利用ANSYS软件建立二维物理模型,并在FLAC程序下进行数值模拟,计算在不同考虑条件下洞室围岩的变形及其稳定性。结果表明,风化作用对于向家坝右岸洞室围岩的位移、应力有着较大的影响作用,不仅可以改变围岩的位移大小,还可使位移在围岩风化部位发生突变。会造成洞室附近产生拉应力,以致影响围岩及洞室的稳定。