水压致裂法在乌江渡水电站地应力测试中的应用与分析

[文章编号]100124683(2004)012095206 [收稿日期]2003208224;[修定日期]200321225。 [项目类别]金沙江溪洛渡水电站地应力测试项目。 [作者简介]丁立丰,男,1974年生,工程力学硕士,主要从事地应力测量研究。 金沙江溪洛渡水电站水压致裂 地应力测量分析研究 丁立丰　安其美　王海忠　赵仕广 (中国地震局地壳应力研究所,北京市德外西三旗　100085) 关键词:　金沙江　溪洛渡水电站　水压致裂地应力测量　摩擦滑动 [中图分类号]p553　　　　[文献标识码]a 溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县接壤的金沙江峡谷中。电站设计采用 的是双曲拱坝、两岸库内地下厂房的方案,最大坝高273m。电站以发电为主,兼用于拦沙、 防洪、改善下游航运等。电站规模巨大,工程厂址的稳定性分析以及

一、引言用水压致裂法测量地壳应力的大小和方向,具有其它测量方法不可比拟的优点,不仅操作简单,而且可进行地表以下几百米甚至千米深度的应力测量,直接确定应力值和岩石力学参数等.我们研制的轻便水压致裂应力测量系统已在水电、石油、交通、煤炭等部门得到广泛应用.常规水压致裂法的一个重要假设,即三向主应力之一与孔轴平行,从而确定平面应力

周宁水电站在交通洞开挖过程中局部洞段发生了较强烈的岩爆。地下洞室和高压岔管、输水隧道设计及选择衬砌方式,需要查明原地应力状态。为此,采用水压致裂法在3个深钻孔中和岩爆部位进行了原位应力测量。结果表明,平面应力值随孔深增加呈线性增大;在岩爆和地下洞室附近,原位应力最大值为13～15mpa,以水平挤压应力为主导,最大水平主应力方向为nw向。根据地应力测量资料和相关理论、判据分析认为:地下厂房长轴为nw向有利于围岩稳定;高压岔管和输水隧洞选用钢筋混凝土衬砌是可行的;发生局部岩爆,主要是由于隧道开挖围岩应力重新调整,在掌子面附近应力集中所致。

我们采用小型轻便水压致裂应力测量设备对位于黄河上游的龙洋峡水电站大坝左坝肩附近的四个约100m深的钻孔进行了原地应力测量。结果表明,在所测深度范围内三向主应力之间的关系s_h>s_h>s_v,水平主应力s_h和s_h以及最大剪应力τmax的值随高程的降低有增加的趋势.由对实测孔部分压裂段的印模得出坎区s_h方向近南北。龙羊峡地区现今构造应力场复杂,s_h方向在深部为ne—nne,浅部大致为近南北—ne向.在现今构造应力场作用下f_7断层带有复活的可能,其形式将表现为浅部逆断层型、深部右旋走滑型错动.然而,四个实测孔周围的岩体稳定性计算结果说明,处于活动断裂带以外的岩体完整部位基本上处于稳定状态。

本文从实测资料分析了乌江渡电站水库坝前水温的变化规律及其影响因素,该水库水位年变幅较大,库水交换频繁,加之水库异重流的影响,深层水温年变幅较大,不能形成稳定的低温区,有其变化特点。通过逐步回归分析表明,水温主要与气温的滞后因素有关,并提出了一些看法。

本文依据ansys有限元复核计算结果,通过水压试验安全控制手段的论证确定和缜密的试验方案准备,解决高压钢岔管内、外应力同步测试的难题。应力测试数据及时动态地反映水电站压力钢岔管水压试验时的内、外应力状况,保证试验设备的安全,为同类工程的设计计算提供难能可贵的水电站压力钢岔管水压试验应力测试数据。

利用水压致裂地应力测量法对实际工程区进行了地应力测量,详细分析了水压致裂曲线压力-时间的特征及破裂压力、重张压力、关闭压力及最大水平主应力的破裂方向的确定方法。此外,在获得已知各个测点的地应力大小和方向后,进一步分析工程区地应力及侧压力系数的分布规律,分析了侧压力系数对隧道围岩稳定性构成影响的可能性。地应力测量数据的分析结果可以作为隧道设计、断面的选择及隧道轴线方向的确定的科学依据。

水压致裂法测量地应力具有测量深度很大的优点,在地质工程中应用广泛,为解决传统水压致裂法的不足,一些学者提出了三维地应力测量理论,采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量,对地质条件比较复杂的地区可以用该方法进行测量,但水压致裂三维地应力测量方法还需改进和完善.传统的水压致裂法理论和三维地应力测量理论各有优缺点.

对于深埋特长隧道,岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性.准确地测量地应力,对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义.基于水压致裂法和室内岩体力学试验,研究了隧道围岩地应力状态,最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测,为隧道的开挖与支护方案设计提供依据.

乌江渡水电站地质条件复杂,喀斯特地区岩溶裂隙发育,防渗工程处理量巨大且存在较大难度。为加强防渗效果,采取了混凝土防渗墙、固结灌浆,封堵处理等一系列措施。文中结合近30年的渗漏实测资料,分析了渗漏的变化规律和工作性态。结果显示,工程处理是成功的,有效保证了大坝的安全运行。

文章主要介绍在乌江渡水电站扩机工程进水口的开挖爆时对周边临近永久建筑物的振动控制,主要措施有限定最大装药量、改善预裂爆破装药结构、采用倾斜钻孔、对深孔采用分段装药,以及在梯段爆破时采用孔间微差顺序爆破网络等

在中国西南某新型引水式水电站工程中使用水压致裂技术开展了原地应力及相关岩体力学参数测试。结果表明,工程区现今应力场状态以nnw向挤压为主,最大主应力值为7.35～8.16mpa,方向约为n33～52°w,倾角约26～39°。气垫调压室三维原地应力状态的最大主应力值为10.63mpa,最小主应力为4.98mpa;围岩岩体抗劈裂强度高值区在5.50mpa以上,低值区为3.00～3.50mpa。根据围岩应力分布非均匀性遵循的一般性规律,结合原地应力测量与裂隙围岩原地承载能力测试结果的各自特点,提出了利用地应力测量数据、原地承载力测试结果、弹性模量数据综合评估承压洞室围岩最小主应力的方法,给出气垫式调压室部位最小主应力综合评估值2.86mpa。并分析了地应力状态对地下厂房、引水隧洞、气垫调压室稳定性的影响。

木文对小天都水电站气垫调压室5个测点共15个钻孔的水压致裂法应力测量结果进行了深入的分析,得到最大主应力约20mpa左右。文中还结合工程地质,讨论了电站区的三维应力特点及其对工程设计的参考作用。

简要分析了两河口水电站坝区地应力测试成果。依据应力测试成果,从侧压系数角度进行分析,给出了建议的厂房轴线方向。针对厂房开挖施工中可能遇到的岩爆及软岩大变形等重大工程地质问题提出了相应的防治措施。

为了评价小湾水电站坝基岩体开挖后的卸荷松弛效应、确定卸荷深度和研究卸荷岩体的应力分布特征,同时采用钻孔弹模法和水压致裂法在坝基开挖面进行了5个深度20~30m钻孔的岩体变形与地应力测试。测试结果表明开挖卸荷影响较明显,钻孔浅部(深度小于11m)弹模明显降低;坝基岩体表层20m以内的最大水平应力一般小于10mpa,显示了一定程度的应力集中现象。其次,根据卸荷带划分结果和工程地质条件进行了二维弹塑性有限元应力场模拟分析。分析结果和实测结果一致,表层开挖卸荷岩体中应力有所释放,河床以下20~50m范围存在明显应力集中。

乌江渡水电站大坝运行２０年来，先后对防渗帷幕采用氚含量、稳定同位素、水化学、水温及长期渗漏量观测资料等分析方法作了系统的研究，证明帷幕的防渗效果良好；廊道中发生的碳酸钙沉积与幕体中的氢氧化钙溶解有关，但这种溶解速度是极其缓慢的，并未导致帷幕的老化问题，目前不需要采取补强灌浆措施

对乌江渡扩机工程的设计情况、施工特点进行了小结，并对岩溶地质条件下的扩机工程的合理的施工程序作了简要介绍，对其他类似工程的设计、施工有一定的参考价值。

乌江渡水电站泄水建筑物运行情况调查与分析

为了论证清远抽水蓄能电站高压引水隧洞设计方案的合理性,需要确定地下厂房和高压隧洞的地应力状态。介绍了根据上抬理论给出的隧洞设计方案。利用应力解除法和水压致裂法进行了现场地应力测试,并结合有限元回归分析,预测了包括重要工程部位在内的整个工程区岩体应力分布。最后运用最小主应力准则,验证表明高压引水隧洞围岩满足抗水力劈裂要求,并讨论了衬砌设计方案。

通过2009年3月~4月对排入乌江的废水水质监测结果进行分析,可以看出废水总磷浓度高、强度大且相当稳定,严重污染了乌江的水质。乌江总磷的主要来源是流域内磷化工企业排放的废水废渣且废水中大颗粒总磷含量高。本文通过乌江总磷的分布特征,总磷的存在形态,分析总磷在乌江的迁移转化机制。乌江总磷在迁移转化过程中主要是在水动力条件下输移扩散以及沉降与再悬浮等。

该文在《岩石力学与工程学报》第9卷第2期刊出后,有读者提出疑问。经作者重新检查,发现144页第7行内“2α=90°-arctgμ”一式有误,应改为2α=90°+arctgμ。改正后影响到表2中2α、σ_n、[τ]和稳定性这四列结果,现更正如下:

乌江渡水电站扩机工程地下厂房系统所在的山体存在着巨大的临空面,厂房系统下游开挖边界与临空面之间的岩柱较薄,地质条件复杂,又受原枢纽大坝拱推力作用,经过平面有限元计算分析,认为围岩是稳定的,布置是可行的。