四川某水电站岩土力学模型试验探究

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1、四川某水电站岩土力学模型试验探究　　摘要：采用地质力学试验来模拟高边坡，利用不同的相似材料来模拟边坡分层情况和支护体，同时在模型内部布置传感器和在表面布置千分表，通过对边坡顶面施加均匀的荷载分析边坡可能破坏的起因，定性掌握边坡变形破坏的全过程，通过电脑处理软件收集传感器和千分表数据，以定量的分析边坡的变形和压力变化情况。可以清楚地掌握边坡变化的趋势，为边坡的支护提供有针对性的建议，同时可很好的指导现场施工。关键词：岩土力学模型；高边坡；相似理论；土压力中图分类号：U213.1+3文献标识码：A0引

2、言9四川某一级电站坝址区左岸高边坡1960m缆机平台开挖面以上，边坡表面岩体破碎，边坡内部存在煌斑岩脉，深部存在裂隙，开挖边坡面陡，边坡超高比达到3.0以上，边坡自身特征对工程边坡造成不利因素。工程现场布置监测网点和埋设监测仪器来监测边坡的变形、地下水和受力情况。从现场收集监测数据变化分析得：边坡目前处于稳定状态，位移、应力变化正常。但据地质工程分析原理[1]：边坡变形破坏都存在时效性，目前的稳定不代表永久的安全。同时由于该一级电站为雅砻江上大型水电枢纽，正常蓄水位1880m高程，库容达77.6亿

3、m3,坝址区边坡的变形和稳定的控制就显得更加重要。采用地质力学试验来模拟高边坡，通过对所建立的模型进行综合分析，之后还原到实际工程上去，可以清楚地掌握边坡变化的趋势，为边坡的支护提供有针对性的建议，同时可很好的指导现场施工。１相似理论1.1相似判据岩石变形是边坡变形破坏的主要因素,所以主要根据弹塑性体相似判据[2]。相似常量定义：Cl为几何相似常数，Cσ为应力相似常数，Cε为应变相似常数，CX为体积力相似常数，Cγ为容重相似常数，CE为弹性模量相似常数，CE’为变形模量相似常数，CRc为抗压强度相

4、似常数，CRt为抗拉强度相似常数，CF为边界应力相似常数，Cr为聚力相似常数，Cf为摩擦系数相似常数，Cδ为位移相似常数，Cμ为泊松比相似常数。弹塑性体相似判据为：Cσ／(CxCl)＝1；(满足平衡方程)Cε=1，Cμ=1，Cσ=Cε·CE(满足物理方程)Cδ=Cl；(满足几何方程)CF=Cσ；(满足边界条件)1.2相似常数满足力学相似，取材料容重相似常数Cγ=1，即体积力相似常数CX9=1.4,考虑到模型岩石材料低强度低弹模实现的可能性和模型制作的难度，取几何相似常数Cl=300[3]。根据上述

5、相似判据确定各项相似常数如下：Cγ=1.4；Cμ=1；Cf=1；Cε=1；Cσ=Cl·Cγ=300×1.4=420；CE=Cσ/Cε=420；Cσ=CF=CRt=CRt=420；Cδ=Cl=3001.3相似材料的选取及配比1.3.1在该一级电站左岸高边坡的岩土力学模型试验中，模型材料的选取主要考虑以下几方面的因素：⑴相似材料的主要力学性质，即单轴抗压强度与原型材料相似。⑵材料的力学性能稳定，不受温度、湿度等外界条件的影响。⑶改变材料的配合比，改变材料的力学性能，以满足与原型的相似。⑷容易成型，制作

6、方便，凝固时间短。1.3.2该一级电站左岸高边坡新鲜岩石物理力学性质如下：序号岩性烘干密度弹性模量抗压强度g/cm3GPaMPa1粉砂质板岩2.70-2.7819-3955-992变质砂岩2.70-2.7536-62100-2413煌斑岩脉2.57-2.6516-3359.5-10091.3.3模型材料中各种材料的作用如下：⑴重晶石粉密度大，用来增加相似材料的密度。实验中选取细度为400目的重晶石粉。⑵砂作为骨料来模拟岩石的方法在国内使用很广，最主要的优点是材料的脆性与岩石比较接近。⑶石膏凝结硬化

7、较快，初凝仅需要几分钟，终凝十几分钟，常作为主要的胶结材料。⑷机油用来防止水分的蒸发，减小材料收缩时所引起的内应力。1.3.4模型材料配比及其物理力学参数如下：模拟岩性材料组成及质量配比容重抗压强度弹性模量KN/m3MPaMPa粉砂质板岩重晶石粉：细砂（青砂）：水泥（P.O.325）：水：机油＝7.5：7.5：1：2.15：0.3019.560.20955变质砂岩重晶石粉：细砂（青砂）：水泥（P.O.325）：水：机油＝5.5：5.5：1：1.58：0.2219.820.29798煌斑岩脉重晶石粉

8、：细砂（青砂）：炉渣：水泥（P.O.325）：水：机油＝7.0：7.0：0.94：1：2.13：0.2817.840.19532模型建立92.1模型概化根据该一级水电站坝址区左岸开挖边坡Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区Ⅰ＃Ⅱ#和Ⅲ＃危岩体实际地质工程情况，后确定模拟边坡范围为下侧至1960缆机平台，后缘至2110高程，长度从左侧开挖线到右侧开挖线，每个平台高度为30m，在每个平台上设置了3m宽的马道，开挖的坡度为1:0.5。所做模型的几何尺寸是根据现场工程进行按1:300比例缩小而进行的三维地质模拟。