高混凝土重力壩建基巖體超前信息分析及優(yōu)化研究.pdf

1、水電工程前期勘探工作大多集中在兩岸壩肩，而壩高最高、荷載最大的河床或深厚覆蓋層下壩基巖體，僅通過(guò)少量的鉆孔有所揭示，無(wú)法直觀觀察，更談不上開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；通過(guò)壩基地段較為分散的有限的點(diǎn)上的勘探，多數(shù)是在定性判斷的基礎(chǔ)上，選擇了建基面位置；至施工圖階段，依照招標(biāo)設(shè)計(jì)文件，就一挖到底，直接開(kāi)挖至設(shè)計(jì)建基面位置。因而，建基巖體的利用是否合理，建基面位置選擇是否最優(yōu)等等，留下了較多的懸念。
　　 針對(duì)高混凝土重力壩建基巖體工程地質(zhì)評(píng)價(jià)中的

2、上述問(wèn)題，在開(kāi)挖至設(shè)計(jì)建基面之前的中間階段——“前開(kāi)挖”階段，借助大面積施工場(chǎng)面、大規(guī)模施工設(shè)備，采用新的檢測(cè)方法、技術(shù)手段，對(duì)壩基巖體開(kāi)展超前信息分析，獲得巖體的各項(xiàng)工程地質(zhì)信息，尤其是在施工過(guò)程中對(duì)尚未開(kāi)挖的壩基深部巖體及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)、分析，對(duì)開(kāi)挖面以下壩基巖體作精確預(yù)報(bào)、評(píng)價(jià)，并及時(shí)反饋各項(xiàng)信息，開(kāi)展設(shè)計(jì)調(diào)整，動(dòng)態(tài)分析、評(píng)價(jià)建基巖體工程地質(zhì)特性，并最終服務(wù)于建基巖體質(zhì)量的合理評(píng)價(jià)及建基面位置的優(yōu)化選擇。
　　 本文以金沙江龍

3、開(kāi)口水電站為研究對(duì)象，開(kāi)展了全面的建基巖體超前信息分析工作，介紹了整套超前信息分析的方法和技術(shù)，最終工程巖體得到了充分的合理利用，并優(yōu)化了建基面。研究?jī)?nèi)容包括：
　　 （1）控制性軟弱層帶的超前信息分析及追蹤檢驗(yàn)針對(duì)龍開(kāi)口水電站壩基開(kāi)挖過(guò)程中揭露的規(guī)模較大的軟弱層帶，在現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，開(kāi)展超前信息分析，并隨著施工的進(jìn)程隨時(shí)進(jìn)行追蹤檢驗(yàn)，對(duì)控制性軟弱層帶對(duì)建基巖體的影響進(jìn)行了預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)，判斷軟弱層帶至建基面位置后寬度變窄、規(guī)

4、模變小，無(wú)需調(diào)整建基面開(kāi)挖深度。開(kāi)挖至建基面后揭露情況與超前分析成果一致。
　　 （2）緩傾角結(jié)構(gòu)面的超前信息分析及原地判別超前分析、判斷建基巖體深部是否存在連續(xù)性的規(guī)模較大的緩傾角弱面；對(duì)已局部揭露的緩傾弱面在巖體深部的分布特征及范圍開(kāi)展超前信息分析。
　　 對(duì)緩傾角硬性結(jié)構(gòu)面開(kāi)展原地判別，在精細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)面實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，研究了一種對(duì)建基巖體具有實(shí)際意義的面連通率的計(jì)算方法，并對(duì)緩傾硬性結(jié)構(gòu)面對(duì)壩基巖體穩(wěn)定的影響進(jìn)行了

5、分析。
　　 （3）對(duì)建基巖體質(zhì)量開(kāi)展超前信息分析，并采用多種方法對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，借助三維實(shí)體模型對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行直觀展示，超前對(duì)建基巖體質(zhì)量進(jìn)行分析、判斷，對(duì)質(zhì)優(yōu)巖體予以保留，對(duì)質(zhì)差巖體作好工程處理預(yù)案，整個(gè)施工地質(zhì)工作均處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。經(jīng)開(kāi)挖至建基面后再次檢驗(yàn)，超前分析成果準(zhǔn)確，建基巖體質(zhì)量滿(mǎn)足要求。
　　 （4）介紹了多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)巖體力學(xué)試驗(yàn)新技術(shù)，并應(yīng)用于工程實(shí)際：
　　 ①自載式地基變形試驗(yàn)以導(dǎo)師及研

6、究組開(kāi)發(fā)的自載式地基變形試驗(yàn)，論述試驗(yàn)方法和過(guò)程，經(jīng)多個(gè)工程實(shí)際應(yīng)用，評(píng)價(jià)試驗(yàn)成果的可靠性，并由296個(gè)試驗(yàn)樣本建立的變形模量-聲波波速關(guān)系式：Ln(E0)=3.098* Ln(Vp)-23.53，相關(guān)系數(shù)高，且有一定的安全裕度，具有普遍應(yīng)用意義。依照關(guān)系式對(duì)龍開(kāi)口水電站深部建基巖體變形模量進(jìn)行了分析，并在開(kāi)挖至建基面后再次開(kāi)展變形試驗(yàn)，與超前分析成果基本一致。
　　 ②自載式現(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)大剪試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，介紹導(dǎo)師及研究組

7、開(kāi)發(fā)的可在任意地段開(kāi)展的大剪試驗(yàn)方法，論述試驗(yàn)方法和技術(shù)手段，尤其對(duì)于河床壩基勘探階段無(wú)法開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)的地段，在施工階段采用新開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)技術(shù)，快速獲得強(qiáng)度參數(shù)，作為整個(gè)工程評(píng)價(jià)、驗(yàn)收資料系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。
　　 ③軟弱層帶原位條件下變形模量預(yù)測(cè)研究介紹導(dǎo)師及研究組新開(kāi)創(chuàng)的不揭去軟弱層帶上覆較完整巖體的整體多層介質(zhì)變形試驗(yàn)方法和獲得各層介質(zhì)變形模量的理論公式，在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了相應(yīng)的對(duì)比試驗(yàn)，又采用有限元進(jìn)行了反演分析，以多種方式對(duì)原

8、位條件軟弱層帶變形模量開(kāi)展預(yù)測(cè)研究。由試驗(yàn)成果對(duì)龍開(kāi)口水電站壩基軟弱層帶進(jìn)行了推算，判斷具有較高的變形模量。
　　 （5）建立建基巖體超前信息分析體系，對(duì)超前信息分析方法和過(guò)程進(jìn)行了闡述；以整個(gè)體系當(dāng)中多種信息的綜合、多項(xiàng)因素的聯(lián)動(dòng)、多個(gè)過(guò)程的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)龍開(kāi)口水電站河床建基巖體進(jìn)行了超前信息分析，并確定了建基面優(yōu)化位置，最大優(yōu)化深度13m，減少基礎(chǔ)開(kāi)挖和大壩混凝土工程量約30 萬(wàn)方，節(jié)省工程投資達(dá)億元以上，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。