三峡永久船闸高边坡岩体长期变形与稳定研究

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1、三峡永久船闸高边坡岩体长期变形与稳定研究

2、第1　：1006-6349(2002)08-0004-03摘要：三峡工程永久船闸高边坡岩体开挖后的长期变形与持续稳定控制是工程的关键技术之一，为此，进行的研究工作包括一些非常规岩石力学试验以及对边坡岩体外露表面和浅部岩帮进行变形监测，进而采用DEM、DDA等多种方法，按三期空间问题进行计算分析。一些重要的结论和建议对设计与施工都是很有帮助的。关键词：高边坡岩体；变形；稳定；三峡工程中图分类号：U641文献标识码：A1工程概况三峡水利枢纽工程规模宏伟，技术复

3、杂，居世界之最。其中永久船闸高边坡岩体开挖后的长期变形与持续稳定性控制是工程的关键技术之一。三峡永久船闸系上下行分设的双线五级船闸，五级船闸段的总长约1600m，连同上下游引航道全长达6456m，船闸闸室的净宽为34m，闸室之间保留有60m宽的中隔墩。人工深挖山体土石方4166万m3，垂直边坡最高达176m，一般也在50~120m左右，属高、陡边坡岩体，其持续稳定性和长期变形量的大小需要确切论证。边坡岩性主要属闪云斜长花岗岩，新鲜岩体坚硬致密，完整性较好，中间夹有多处岩脉和捕虏体显露；表层风化壳较

4、厚，其底板受地形和构造控制，起伏比较大，自上而下分别为全、强风化，中风化（放坡开挖部分）和弱风化以及微、新岩体（直立墙闸室部分）。部分岩体结构面和节理裂隙较发育，闸室区发现有小尺度的断层77条，其中走向与船闸轴线交角＜30°的两组分属NWW和NEE组，构造岩胶结较差，对边坡稳定不利。观测资料表明，上层地下水位于弱风化带内，属季节性裂隙孔隙水，对降雨反映敏感；中下层地下水属裂隙水，渗透性弱，日后受库水补给影响，呈动态变化。除少数断续性裂隙密集带外，多数出水点均沿单个结构面或岩脉接触面出露，便于疏排。

5、边坡开挖以后，岩体应力重新分布，且在开挖爆破的动力作用下，在坡帮岩体内将形成卸荷松弛带和塑性屈服区，这些都对岩坡的稳定与变形发展不利。在船闸边坡和闸室岩体开挖施工中，成功地运用了光面爆破和预裂爆破技术，最大限度地减少对坡帮和闸面岩体的扰动；同时，闸室岩壁采用高强预应力锚索和系统锚杆锚固，其用量分别超过4000束和逾10万根。从岩体内埋设的1500多件各种仪器的监测数据分析，高边坡岩体总体上保持了较好的稳定态势。2研究内容和重要性船闸建筑物是深置于天然岩体内的巨型石室，岩体是赋存于大地应力场作用下经

6、历亿万年地壳运动变化的复杂地质体。通过选址详勘和反复论证，三峡岩体的整体持续稳定是有保证的；但经施工开挖扰动，岩体浅部地应力释放而卸荷松弛，在开挖面以内一定深度范围的地应力将重新再分布为二次应力场，并沿坡面和闸室岩壁产生随时间增长变化的内空收敛变形。同时，在施工期间或以后还有可能导致岩帮局部失稳塌落，因而需要对岩面作锚固、注浆处理，这些都是研究工作的主要内容[1]。众所周知，岩体边坡工程的设计、施工和日后运营安全均有赖于对上述岩体的强度、变形和稳定性等方面的深刻认识，进而作出相应的分析和评价。岩体

7、开挖后其变形增长总体上可区分为：开挖瞬间产生的弹性（或弹塑性）变形；由分步开挖应力和变形逐次释放产生的时效变形，含岩体的早期流变；以及开挖完成后仍需经历长时间持续发展的后期流变。岩体流变包括蠕变、应力松弛及长期强度衰减。此外，考虑到边坡岩体的岩层走向与闸室纵向轴线有一定的交角，以及岩体内的多组主干断裂和坡内井、洞交叉的实际受力条件，需要按三维空间进行计算，进而综合上述的变形时效，即所谓边坡岩体分析的时空效应问题。由于闸室岩壁的变形收敛情况，包括完成收敛的时间及其收敛值的大小，都直接关系到闸室现浇钢

8、筋混凝土内衬和安装钢闸门的工期（要求在变形基本收敛稳定以后进行）；其变形位移的量值如果过大，还将影响日后钢闸门的启闭，故而研究成果对指导闸室衬砌结构和钢闸门的设计施工都具重要的工程价值。3实验、监测在各个不同的勘测、设计阶段，三峡工程岩体除完成了大量的室内岩石力学常规力学参数（含坡帮卸荷带内相应值的变异）实验和岩样流变实验以及现场测试工作以外，由于以上研究工作的需要，还进行了各项非常规岩石力学试验，诸如[2]：（1）利用附设有加载台的高倍扫描电镜，对岩体的细观时效损伤特征及其CT识别和损伤力学行为

9、进行细观实验；（2）复杂应力状态岩体在开挖卸荷条件下的多轴不同卸荷路径及卸荷破坏试验；（3）岩样抗拉全过程的单轴破坏试验（直接拉伸与劈裂拉伸条件）；（4）饱水岩样壁裂拉伸时效强度试验及其长期抗拉强度，等等。下面谈一下船闸边坡岩体的现场监测结果[3]。从多年来已经进行的对边坡岩体外露表面和浅部岩帮各测点的变形监测以及岩帮裂缝开度的监测结果，可对边坡变形位移的现状作如下的初步分析：