某水电工程坝肩边坡碎裂岩体强度参数反演研究.pdf

第43卷第10期人民长江Vol_43．No．102012年5月YangtzeRiverMay，2012文章编号：1001—4179(2012)10—0088—04某水电工程坝肩边坡碎裂岩体强度参数反演研究宛良朋，李建林，赵宗勇，许阳2，原先凡(1．三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌443002；2．三峡大学化学与生命学院，湖北宜昌443002)摘要：针对藏区某水电工程边坡存在大范围多区域碎裂岩体的特点，为求得岩体强度参数，对其逐一进行反分析。在分析其中某一区域的碎裂岩体时，先假设其他碎裂岩体强度较高，进行滑带搜索计算，直到滑带发生转移且安全系数满足实际要求，最后得出满足一定条件下的凝聚力与内摩擦角的线性关系。利用此线性关系，并结合工程实际，最终确定了较为合理的参数组合以供工程设计使用。关键词：碎裂岩体；强度参数反演；线性关系；水电工程中图法分类号：TV554．13文献标志码：A近年来，诸多学者对岩体参数的反演做了大量的m以上。现场调查发现，各碎裂岩体基本沿山脊及其研究工作。付成华等人为了提高参数反演的效率，采下游侧坡面分布，在上游侧及冲沟沟底出露较薄或基用均匀设计理论设计不同的反演参数组合，用有限元本无分布，碎裂岩体范围内零星分布的块状岩体强度计算组建的样本集训练神经网络，根据洞室开挖过程较高，多凸出地表，对碎裂岩体起到支撑的作用，从而中实测位移反演地下洞室岩体力学参数¨。帅春等维持碎裂岩体的整体稳定。碎裂岩体自然坡角为30。人以某水电站枢纽区边坡为研究对象，结合该区域地～55。。大多碎裂岩体是由完整岩块分化而来，表层岩形地质条件，运用刚体极限平衡法和有限元法分析评石破碎裂开，碎裂体直径大小不一，一般0．1～2．0m，价天然边坡的稳定性，并对岩体力学参数进行反演分最大达3m以上。岩体呈碎裂状、镶嵌状、局部散体状析，论证岩体强度参数的可靠性。然而，对于离散结构，根据相关资料及工程类比，确定其部分物理力学性多区域碎裂岩体参数的反演研究较为少见，本文结参数建议值见表1。合实际工程，探讨多区域碎裂岩体满足某一特定条件表1全风化碎裂岩体部分物理力学参数建议值的参数反演过程，并对各碎裂岩体所在区域的稳定性进行排序，为工程中碎裂岩体加固优先次序提供参考。1工程简介坝址区岩石(体)物理力学参数和结构面抗剪断某坝址工程区受特殊气候环境和地形的影响，岸强度参照实际工程提供的建议值。图1为坝肩边坡工坡基岩在冻融、卸荷、风化等综合作用下，在表层多形程地质剖面概化图，其碎裂岩体主要分布在左岸中部成厚度和规模不等的风化卸荷碎裂岩体或危岩体，特和右岸上部及中部，编号记为SL21，SL18和SL24。别在凸出的山脊、陡坎等部位(面向阳光一带)更明2参数反演方法显，其分布范围较广，且两岸均有分布，还有随高程增加而变得更显著的趋势。如图1所示，碎裂岩体分布于左岸和右岸，于右岸根据现场调查确定，两岸共发育碎裂岩体l0个。又分布于上端和中端，逐一对各碎裂岩体进行参数反其中，左岸发育6个，右岸发育4个，总面积达39万演的话，需要预先对其他碎裂岩体进行赋值，其思路如收稿日期：2012—03—10作者简介：宛良朋，男，硕士研究生，主要从事水工结构工程与岩土工程的研究。E—mail：zhao2005lO1533zzy@163．corn 第10期宛良朋，等：某水电工程坝肩边坡碎裂岩体强度参数反演研究89图2所示。3参数反演计算结果分析3．1SL21碎裂岩体在假定SL18和SL24高强度参数的基础上，按设计的内摩擦角和凝聚力组合方式进行试算的结果见表2。表2SL21碎裂岩体不同组合下的极限平衡计算结果c值002MPa004MPa0．06MPa0．08MPa0．1MPa012MPa0l4MPa0．65209l2图1某坝肩边坡工程地质剖面概化07240．9830．7891055霉0．8741．1260．955ll26}10091126注：表示滑带转移至上部。从表2可知，当固定内摩擦角，改动凝聚力进行搜值一索滑带时，滑带从SL21碎裂岩体转移到其他地方，但此时凝聚力能被锁定在一个范围里。下面以内摩擦角图2强度参数反演技术路线注：反演碎裂岩体1，2，3是指需要反演的碎裂岩体编号，本文碎为l6。的计算过程给出相应的凝聚力值。裂岩体1，2和3分别代表SL21，SL18和SL24。多个碎裂岩体从图3(a)可知，因为其安全系数小于1，其凝聚需要假设其他岩体已确定的情况下进行反演，通过反复操作力远远不能满足要求，当凝聚力增加至0．06MPa时，即可达到对所有岩体进行反演的目的。●●i滑带发生了转移，且对应的安全系数为1．126，说明内具体做法是先建立极限平衡模型，i对岩体}1进行6，O6222j666摩擦角为16。时，其相应的凝聚力值应为0．04～0．06反演，将岩体2和3人为设置较强的参数，便于将滑带I}llMPa。为了得到精确的凝聚力值，后文采用二分法进搜索至岩体1中；然后将岩体1反演出来2的2参2数2应2用2666666行试算。到岩体1中并人为将岩体3设置较强的参数再进行岩I}ll体2的参数反演；最后将反演出来的岩i体1和2i的参l，O66数值代入其相应岩体中进行岩体3的反演。由于有多I}lI个需要反演的岩体区域，不可能同时进行l参数反i演，为6i66保证各个岩体均能逐一反演，必须将其他I岩i体设为l较l222222强参数才能使搜索的滑带位于反演的岩6体6中6，这6种6方6法能够解决一个模型中多个岩体区域的参数反演。图3当=16。。取不同凝聚力值时左岸二分法计算结果由于该水电站拟选坝址在冻融状态下偶尔会有少取C=0．05MPa，其安全系数为1．041，则其凝聚许碎裂岩体滑落，认为碎裂岩体在冻融工况下处于极力取值应小于0．05MPa，大于0．04MPa。当C=限平衡状态，其安全系数为1。0．045MPa，其安全系数为0．997，故可以得出第一个首先需要反演的参数是对工程安全起控制作用的组合是内摩擦角为16。，凝聚力为0．045～0．05MPa，力学参数，比如凝聚力和内摩擦角，根据表1，全风化取凝聚力值为0．048MPa。以此类推，得出以下几组碎裂岩体内摩擦角的取值范围为16．71。～24．24。，凝参数，使其均能满足碎裂岩体在饱和状态下处于极限聚力值范围为0．02～0．08MPa，容重为20～21平衡状态：①内摩擦角为16。，凝聚力为0．048MPa；kN／m。为了使反演目的顺利实现，将其范围扩大，初②内摩擦角为l9。，凝聚力为0．043MPa；③内摩擦角步设定坝址左右岸全风化碎裂岩体的凝聚力在饱和状为22。，凝聚力为0．038MPa；④内摩擦角为25。，凝聚态下的取值范围为0．02～0．15MPa，其取值幅度为力为0．030MPa；⑤内摩擦角为28。，凝聚力为0．0240．02MPa；内摩擦角饱和状态下的取值范围为l6。一MPa；⑥内摩擦角为30。，凝聚力为0．020MPa。30。，取值幅度为3。；容重值取其平均值2O．5kN／m。，对凝聚力与内摩擦角进行线性拟合如图4所示。并取其饱和状态下容重大小为21．5kN／m。采用极取内摩擦角值24．24。，其饱和状态下的值为限平衡原理的计算结果见表2～3。19．81。，代人饱和状态下的内摩擦角得饱和状态下的 90人民长江凝聚力值为0．0420MPa，根据工程经验可知，天然状4所示。值一u。态下的凝聚力值为0．0525MPa(饱和强度值在天然nu0nv1．．．强度值基础上折减20％)。0O叫强竭7334}}O00O．．i30O皇ii}{}88＼只爨O00O0Oiiii图5SL21碎裂岩体参数反演结果O000OOiii888图4SL21碎裂岩体内摩擦角与凝聚力的关系nvO0O0O3．2SL18与SL24碎裂岩体iiii在确定了SL21的强度参数和假定SL24为高强度0OO000ii参数的基础上，根据已设计的C，组合得SL18碎裂岩ii体在饱和状态下的安全系数见表3。图6SL18碎裂岩体参数反演结果00OO0Oii表3SL18碎裂岩体不同组合下的极限平衡计算结果iic值0．02MPa004MPa006MPa008MPa01MPa0．12MPa0．14MPa一．图7SL24碎裂岩体参数反演结果表4碎裂岩体强度参数反演结果注：表示滑带向深部发展。从表3可知，当固定内摩擦角，改动凝聚力进行搜索滑带时，其滑带从SL18碎裂岩体转移到其他地方，但此时凝聚力能被锁定在一个范围里。与3．1节类似，对满足条件的6组强度参数进行线性拟合，拟合方5结论程是：Y=一0．0019x+0．0663，R=0．9965。取内摩擦角值24．24。，饱和值19．81。，得饱和状态下SL18(1)本文针对某坝址处风化强度较高的多个未知碎裂岩体凝聚力值为0．02866MPa，则天然状态下的参数的碎裂岩体进行参数反演，具体做法是：建立极限凝聚力值为0．03583MPa。相类似，可进一步得到饱平衡模型，首先对岩体1进行反演，将岩体2和3人为和状态下SL24碎裂岩体凝聚力值为0．0881MPa，天设置较强的参数，便于将滑带搜索至岩体1中；然后将然状态下凝聚力为0．11MPa，拟合方程为Y=岩体1反演的参数应用到岩体1中，并人为对岩体3一0．0046+0．1792．=0．9993设置较强的参数以进行岩体2的参数反演；最后将反演出来的岩体1和2的参数值代入其相应岩体中，进4参数的最终确定行岩体3的反演。通过不同c，组合求得各碎裂岩体的稳定性如表(2)找到了碎裂岩体满足临界安全度的内摩擦角2，3所示。当凝聚力达到一定强度时，其安全系数不和凝聚力之间的关系式，可用其计算各参数值。变，且滑带发生了转移，不再是在碎裂岩体段。根据实(3)虽然3个岩体均为碎裂岩体，在实际工程中际状况，碎裂岩体在冻融工况下几乎处于极限平衡状各岩体由于区域位置、风化度等不一样，性质上或多或态，反演碎裂岩体满足该状态下的最低稳定要求(安少有所区别，最终所选的参数至少需要分别保证临界全系数为1)。图5～7中的最大安全系数可以认为是安全度的凝聚力和内摩擦角关系，并结合工程，提供较暴雨工况下该边坡碎裂岩体所在大区域内的整体稳定为合理的参数组合。性指标。参考文献：取碎裂岩体的内摩擦角建议值24．24。，饱和值为[1]付成华，秦卫星，陈胜宏，等．地下洞室岩体力学参数反演软件系统开发与应用fJ]．岩土力学，2007，(3)：577—581．19．81。，结合线性拟合方程式，求得参数反演结果如表 第10期宛良朋，等：某水电工程坝肩边坡碎裂岩体强度参数反演研究9ll2]帅春，何江达，谢红强，等．某水电站枢纽区边坡天然稳定性及岩(5)：511—514．体力学参数反演[J]．成都理工大学学报：自然科学版，2009，(编辑：郑毅)FracturedrockstrengthparameterinversionofabutmentslopeofahydropowerstationWANLiangpeng，LIJianlin，ZHAOZongyong，XUYang。，YUANXianfan(1．KeyLaboratoryofGeologicalHazardsonThreeGorgesReservoirArea，MinistryofEducation，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China；2．CollegeofChemistryandLifeScience，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China)Abstract：AlargequantityoffracturedrockexistsintheabutmentslopeofahydropowerstationinTibet．Inordertodeter—minethestrengthparameteroftherock，aserialofinversionanalysisontherockwasconducted．Intheinversionanalysisforsomepartofthefracturedrock，itisassumedthatthefracturedrockinotherdomainshaverelativelyhighstrength，thentheslid．ingzonesearchingcalculationisconducteduntiltheslidingzonetransfersandthesafetycoefficientreachespracticalrequire—ment；finally，thelinearrelationshipbetweencohesionandinternalfrictionangleundersomeconditionsareobtained．Utilizingthelinearrelationshipandcombiningwiththeengineeringpractices，wedeterminetherelativelyaccurateparametersthatcanbereferredbydesigners．Keywords：fracturedrock；strengthparameterinversion；linearrelationship；hydropowerprojectsI上接第83页)道大；渠道越长，渠道水利用系数越小；渠道越短，渠道水利用系数小；不同的施测方法，渠道水利用系数大小水利用系数越大；泡田时期渠道水利用系数小，补水时也不同。期渠道水利用系数大；渠道引水流量逐渐变小时，渠道(编辑：朱晓红)AnalysisondeterminationfactorsofcanalwaterusecoeficientinHunbeiirrigationdistrictinShenyangLIJing(ShenyangHunbeiIrrigationManagementOffice，Shenyang110035，China)Abstract：Throughdeterminingthewaterusecoefficientofirrigationcanal，thescientificandrationa1allocati0n0fwaterre．sourcesforirrigationcabberealized，andtheplannedwaterusecanbeimplemented．ThewateruseeoeffieientforHunbeiirriga—tionareaofShenyangCityisdeterminedbythemethodofone～thousand—meterandone—lineflowmeasurement．Theanalysisresultsshowthatthewaterusecoefficientofsandysoilandfilledcanalissmallerthanth8tofheavyloamandexcavatedcana1；thelongerthecanal，thesmallerthewaterusecoeficient；thewaterusecoeficientinthepondingirrigationperiodissmaller，thewaterusecoefficientinthereplenishmentperiodislarger；whendiversiondischargebecomessmaller．thewaterusecoefi—cientissmaller；fordifferentmeasuremethods，thewaterusecoeficientisdifferent．TheresearchresuItscanDr0videthescien．tificbasisforplanning，designandconstructionofhydropowerconstructionofirrigationdistrictinfuture．Keywords：waterusecoeficientofcanal；canalsystemplanning；waterdiversionloss；HunbeiirrigationareaofShenyangCity⋯】⋯】⋯，⋯】一】ol·简讯·南水北调中线丹江口大坝加高工程泥沙水质观测资料验收会在丹召开2012年5月10目，南水北调中线丹江口大坝加高工程水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局签订的《南水北调中2011年度水文泥沙水质观测资料年度验收会在丹江口召开，由线水源丹江口大坝加高工程水文泥沙水质观测合同书》的要南水北调中线水源公司工程部主任付清潭、西北监理中心总监求，在合同期内每年进行一次的验收工作。水文汉江局严格执孙宝成等组成的验收组对水文汉江局承担的该项目资料进行行国家规范和标准，在完成2011年度水文原始资料收集整理了年度验收。后，对该成果进行了全面的审查后，交付水源公司进行验收。该项目是根据2008年6月南水北调中线水源公司与长江(长江)