《三峡工程中岩石力学研究的几点经验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三峡工程中岩石力学研究的几点经验（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六次全国岩石力学与工程学术大会论文集 中国武汉2 0 0 0 1 0 三峡工程中岩石力学研究的几点经验 董学置盛诛丁秀丽 ( 长江科学院武汉4 3 0 0 1 0 ) 要- - t i L T 程是我国目前规模量大的岩石工程，许多岩石力学研究部门直接或间接地参加了研究工作；各类岩石力学试验 设备与方法以及簋工技术都得以应用，获得的地质赘料、舡资料、岩石力学试验与监涮资料、分析成果极为广泛。本文在韧 步分析逭些研究成果的基础上，提出了有关经验、看法与认识。 美t 嗣三收工程，岩石力学，岩石工程 E 隧淑斟( 卫唧R o C KM 匮C H A N I c A l R E 田U 盘C H O N
2、T H E ，1 1 印R E EG O R G E SP R O J E C T - D D r I gX u e s h e n g ，S h e n gQ i ，D h 唱X i u l i ( Y a n s t ：e 船s ：- I 疥蜥n _ m t e 骶岫4 3 0 0 1 0 ) h 血一T h e T h r e eo x 势巧呼e d 抽t h el a r 鞘t 础栅l g i r 醯玛p l u e c tn o wi na 妇岫z e 鸵e x c hi r 吼枷o me r 呼叫i nr o c km e e h a n - bh a v et a k e ap
3、e ti n 岫嘶d i r e c t l yo ri n d L , e c l l y ，v a l L * f i 船0 fa p d 幽“a I l | = 呐l 岫，m e t h o d se n d 咖啦删叽协c b 血彬h a v et e e n a d 恻Al 咀萨a m o u m o fe , o k , S y ，。o m 幽，m 湘“雌面b m 幽I ，a n d 胤a n d 硼d 删r e e u l mh a v eb e e no b t a i n e d B e e e do nt h e e e l e e e a r - hr e m i t s
4、1 l e l e v e x a 。甲目岫a n dv l e w p o i n ma r eP 【目酬i n 恤p e e p e r 两w o r d s t h eT m e eG 噼嘞，m k n 耐l a n i c ，r o c kq 面“理 1 前言 1 9 9 9 年4 月永久船闸石方开挖结束，标志着三峡工程的 岩石工程施工基本结束( 除部分永船直立墙段的锚同和第三 期工程中的少量开挖，以及推迟了舶地下厂房工程外) ，自 5 0 年代开始的三峡工程岩石力学试验研究工作也基本告一 段落( 也还有一些专职性的和总结性的工作在继续进行) ，应 当对几十年来集台了全国大批优秀的岩石
5、力学和岩石工程 研究者为三峡工程做出的大量工作成果进行全面的总结，作 为一笔十分丰富的财富为全国其他岩石工程利用和借鉴，也 将是我国岩石力学工作者冒给后世的一项宝贵遗产。本文 仅据我们在这三峡岩石工程剐刚结束之际的一些临时感想， 草草写出，以抛砖引玉，为有志于进行这项工作者开路。 2 三峡工程岩石力学研究概况 2 1 工程概况 三峡工程的主体建筑物由大坝、电站厂房、船闸及升船 机组成( 图1 ) 。太坝为混凝土重力坝轴线全长2 3 0 9 5m ， 坝顶高程1 8 5m ，最大坝高1 8 3m 。泄洪埂段位于河床中部， 两翻为电站厂房坝段及非溢流坝段。左厂l 一5 号蜘段位于 左岸山体及临江斜
6、坡部位，大坝建基高程蛄9 0 m ，厂房最 低建基高程为笠2m ，致使坝后形成坡度约5 4 。临时坡高 6 7 8m 、柬久坡高3 9 0m 的高陡边坡。土石方开挖1 0 6 8 1 0 万矗，9 9 年浇筑混凝土记2 9 万m ，。通航建筑物包括永久 船闸、临时船闸和垂直升船机，均布置在左岸。升船机左邻 非溢流埂右侧以8 嚣非溢流坝段与临时船闸相连接。升船 机上闹首顺水流方向长1 2 5m ，底板膏程9 5m 建基岩体下游 侧形成高4 7m 的斜坡，承船箱底扳高程4 8m ，临时船闸的底 板高程6 1m 。开挖完戚后，最大坡高达1 2 0 余m ，在临时船 闸与升船机间形成了宽1 6 3 4
7、m 隔墩岩体。永久船闸在三 峡左岸惨建，开挖深切山体形成最大深度1 7 0m 、w 型的双 向岩石高边坡，两线闸槽两壁为直立边墙，中间保留宽约 6 0 m 、高4 5 6 8m 的中隔墩。5 级船闸闸槽全长达1 6 0m 。 中隔墩和两蜊高边坡岩体中各有一条贯穿全线的输水隧洞， 还有3 6 个竖井和1 4 条排水洞。整个开挖工程分两期施工： 作者董学晨简介：男醅岁t 9 5 8 年毕业于莫斯科动力学院1 9 6 2 年起从事岩石力学与工程方面的研究工作，现任教授级高级工程师，期北省 岩石力学与工藿学会理事长。 1 I m , 1 三峡工程的主体震鲺糟尊叠 + 。 第一期从地表一直开挖蓦一擅囊撮
8、( 用盎直立墙疆) 以上1 0 一曲m 高程。第二期主羹量并特孵糟，所谓“人槽。第一期 开挖于1 9 9 4 年4 月1 9 日开始，至1 9 9 5 年1 1 月基本结柬，完 成丁11 6 2 万一石方开挖、备英碛护约1 5 万釜。第- m 于 1 9 9 6 年4 月8 日开工，至l 孵年3 月5 蕞栩室已餐基奉_ 童 型，完成石方开挖11 3 4 万d 。：辩期工程中，布t 了缚嘲 余 柬 2 2 岩石力学研究 三峡工程的岩石力学试验研究工作早在1 9 5 6 年就并始 了。在研究i 峡工器的膏海期闻( 1 9 f 避年1 0 月至1 9 6 1 年) 国家科委组织中国科学院，承利电力部
9、、建工部等部门下属 单位及有关高等院校，共1 8 个单位近百人，在当时的长办科 学院院内废立了“三蛱岩基专思组”，协作攻关，针对工程的 岩石力学阿囊，开晨了曩扬和室内试验研究工作。嗣后长 科院又于1 9 6 2 年6 月在国内首先建立了岩基研究室，魅续开 晨三蛱工程舶岩石力学试验研究工作。多年来。先后对南 津关、石辟、三斗：咩、太早溪4 个坝区进行了大量的现场及实 验室试验和关于岩体穗定性的分新研究工作，为坝址的选定 和工翟的可行性论芷提供了较为详实的依据。其中为现在 选定的埂址一三斗坪坝址作的工作最多，其研究工作可分 为四十时期：1 9 5 6 年奎1 9 年9 月( 坝址选择时期) ；1
10、9 侉年 1 1 月至1 弼6 年( 选定坝址后) ；1 9 8 7 年至1 9 9 1 年( 重新论证和 。七五”攻关时期) ，1 9 9 1 年至1 9 9 5 年( 设计研究和。八五”攻 关时期) ，1 9 蛄年至今( 施工科研和国家自然科学基金重点璜 且) ，提交了备种试验研宪报告和论文教百篇。 针对三斗坪坝址的基本地质特征，结台工程设计中的水 工建筑物布置情况岩石力学试验研究主要围绕以下两个方 面开展工作： 首先，通过一系列实验室和现场试验研究工作查清坝址 区岩体( 石) 的基本物理力学性质及天然存在的状态。其内 容包括： ( 1 ) 测宣错体( 石) 各更暂理力学性质参数研究各项参
11、 坏机 理建立台毫的曩西数擎辏羹 ( 3 ) 铡试岩体中祈试k 虚力辑和地下水渗流场，研究它 t 】的变化规律。 组；理插岩体抗剪试验l l 组；现场软弱结构面抗剪试验4 组；宴- t 室鞔飘结构两厦岩石抗剪试验：朝蛆 理场岩体变形 试验如0 案点，理萄岩捧弹性抗力囊数试验1 1 十，理赫岩体 弹性渡测试1l 条嗣线现场地应力曩嚏泉个嗣点。 其次，帆各种建筑物的具体设计与施工誊蔓出发，研究 探讨些有关岩体穗定性以及利用、保护和加犀岩体自旺程 闰蠢，为建筑静扮优化设计、摄毫安垒魔耜优质快鼍麓工提 供必并的科学依据。这些与岩石力学有关舶主要工程问题 有： ( 1 ) 弱风亿岩体科用及建羞两优化端彝
12、阔曩舶爵窕。由 于操址基岩韵风化壳很厚，各风化带岩体的力学性质差别很 大。风忧带岩体能利用封什么程度，能吾在磅蹦B 带下部岩 体上直接建埂是设计较为越柏问曩。通过大量舶地质勘 探以及岩体灌浆试验、现场与室内岩体( 石) 帔形和强座试 验、声渡涮试替蓐曩了j 副凰亿帮下部岩捧基本的工程地质 性质以及力学晨性。弱凤忧带下部岩体以热扶结构为主岩 性较均一垸整，各项声攀、力学指标较膏，蘑够漕足镌羹土 高坝的要求，可以作为大埂建基岩体 甩。 对橱基利用岩面扮优化选择研究，采用了岩体质量标准 分析酱，根据工程地质判断与量亿撩析相结合。按岩体质量 标准确定坝基利用岩面的具体 位和帽应高程，目时考虑工 程结构
13、的需要来定最终的建基面。 ( 2 ) 沿坝基度结面的抗精跨定性研究根据重办胡趣范 的要求丹折粳基蔚抗攥t 盛毪，其关秘爨蕾簟番 嘲 混凝土与基岩胶结面的抗剪强度参数c 值和，值。在保证一 定的安全余度的条件下，恰当地选取c 植和，值，可以藏小大 坝断面，节约工程量。为此，进行了现场和室内的试验研究， 研究了c 值和，值的备种影响因寮，明确7 ：坝基面受力蕊坏 的机翻，在此基础上进行的计算分析表明，大埂基岩面抗穗 稳定性满足规范的要求。 ( 3 ) 缓填角裂脒对埂基掾层撬精稳定蟛畸的研究。在城 基岩体中，惯角小于，酽，倾向下游的缓倾角节理多集中在左 岸厂房坝段( 特别是1 5 号机组) ( 圈2
14、 ) ；并且由于结构的需 要，下游厂房建基面低千大擐建基面，坝基下游侧将形成高 达6 7 8m 的边坡，这对于坝基的穗定十分不利，是坝基稳定 性研究的重点。为此进行了大量地质勘探、科研和计算分折 论证，用先进的勘探手段( 钻孔琅芯、岩心定位、钻孔彩色录 触盔蒲7 疆蜘角结构面的产状、分布范围及连通事，通过现 场琢位抗剪斯试验并辅以大量室内试验确定疑倾角结构面 抗，断蠢标和岩体抗剪断指标就不同滑移模式进行了大量 数值分析霸地震力学模型试验。结果表明，在采取必要的工 程措施后。备滑穆模式的抗滑稳定安全系数满足规范的要 求，璃行设计是安全的。 田2 左岸3 号机组模型 ( 4 ) 深挖岩质青睫逝坡的
15、穗定性及加厨何麓的研究。三 峡永久船同高边皱歪三峡工程矗航建筑榜设计的关健课题 之一。不仅具有诅垃高度丈、线路长、轮廓复杂及深切开挖岩 体地应力突变等特点( 圈3 ，同时还因边坡岩体是闸室墙体 结构盼蛆成部分，直立墙i # 位被多组结相面切箭时边坡岩 体在开挖卸荷后。其局都或蔓悻可能发生开裂、破坏和失 稳，教其运行工况不同于一般边城工程，选蓟足够的稳定性， 控错适量的变形确定合理的开挖形态和进行恰当的加同支 护，是船闸离逸墟工穗设计研究中应解决的主要问题。 为此，在施工前及箍工过程中，开展了多种规模的现扬 岩体声波与变形试验、岩体压剪与拉剪、不屉应力路径岩体 变形、岩捧卸载麓坏、岩体与蟮掏面的
16、流变试验在较大范围 内布置了基于精密蔫雁仪构位移监潜网以及多点位移计、钻 孔愎斜仪、滑动壹位计、倒垂线、引张线、伸缩仪、倾角计、声 发射、舅力甘、压姚力计、参压计对开挖过程中岩悻与锖杆 与锈襄的变形与应力、参境的变化进行了监测。采用地质分 析、声渡与电磁渡口成像、垒景诂乳数字摄像技术综合研究 了开挖后的岩体卸荷分区。在这些试验与监测结果舳基础 上系统地研究了边墟卸荷岩体也即工程岩体的力学性状， 为边坡的动态加嗣设计挺供了基本的岩石力学赍料。 同时，以在何服试验机上获得的全过程应力应变曲线为 基础，辅之以疆场岩石方案试礁结果建立了三峡花岗岩体 的黼牲书穗燕蕞，运用有是佳、显式有取差分法宪戚 l l O 了开挖与锚同的数值模拟，在宣内与现场流空试藿的基础 上，建立了三峡花搦岩傩的粘弹性车构关系，运用宥限竞摇 评估了边坡岩体的长期变形；在大量地质壹统计的基础 上，实现了三维节理网络的教值撰撤，运用块悻理
