【摘 要】
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我国的水能资源主要集中在西南地区,该地区多为高山峡谷地形,在该地区修建水电工程需要进行大规模的岩石高边坡开挖。钻孔爆破是目前水电工程岩石边坡开挖的主要手段,爆破产生的应力波以及开挖卸荷松弛不可避免地会对边坡保留岩体造成损伤,导致边坡岩体完整性变差、力学性能降低,从而对边坡稳定性造成不利影响。因此,有必要研究爆破开挖损伤区对岩石边坡稳定性的影响,为边坡爆破开挖施工期稳定性评价与支护设计提供必要的理论
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我国的水能资源主要集中在西南地区,该地区多为高山峡谷地形,在该地区修建水电工程需要进行大规模的岩石高边坡开挖。钻孔爆破是目前水电工程岩石边坡开挖的主要手段,爆破产生的应力波以及开挖卸荷松弛不可避免地会对边坡保留岩体造成损伤,导致边坡岩体完整性变差、力学性能降低,从而对边坡稳定性造成不利影响。因此,有必要研究爆破开挖损伤区对岩石边坡稳定性的影响,为边坡爆破开挖施工期稳定性评价与支护设计提供必要的理论支撑。本文采用理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法研究了岩石边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数的弱化规律,分析了边坡保留岩体力学参数弱化对边坡静力、动力稳定性的影响,主要研究内容及结论如下:(1)针对现场原位测试高陡边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数周期长、费用高的问题,提出了基于Hoek-Brown强度准则和声波检测的爆破开挖损伤区岩体力学参数估算方法;基于白鹤滩水电站左岸坝肩槽边坡声波检测数据,定量确定了Hoek-Brown准则扰动因子D在损伤区内的变化规律。研究结果表明,边坡损伤区内不同深度处的岩体损伤程度不同,扰动因子D并非固定常数,而是随深度近似线性降低。(2)基于Hoek-Brown准则岩体力学参数估算方法以及扰动因子D在爆破开挖损伤区内的变化规律,研究了白鹤滩水电站左岸坝肩槽边坡爆破开挖损伤区岩体变形参数及强度参数的弱化规律。研究结果表明,随着损伤区内岩体深度的增加,岩体变形模量线性增大,而单轴抗拉强度、单轴抗压强度、粘聚力及内摩擦角非线性增大;岩体单轴抗压强度受爆破损伤的影响最大,内摩擦角受到的影响最小。(3)基于Slide数值计算软件,采用极限平衡方法研究了爆破开挖损伤区岩体力学参数弱化对边坡静力稳定性的影响。研究结果表明,与考虑扰动因子D为常数D=1的情况相比,考虑扰动因子D线性变化后,对于地质力学参数GSI序列,边坡静力安全系数增加20%~25.71%;对于岩石经验参数mi序列,边坡静力安全系数增加32%~68%;坡高越大、坡角越大、损伤区厚度越大,爆破开挖损伤区岩体力学参数弱化对边坡静力稳定性的影响越大;各因素影响程度由大到小依次为坡角、坡高和损伤区厚度(4)采用Sarma法与拟静力公式,研究了爆破开挖损伤区岩体力学参数弱化对边坡动力稳定性的影响。研究结果表明,与考虑扰动因子D为常数D=1的情况相比,考虑扰动因子D线性变化后,对于GSI序列,边坡动力安全系数增加20%~25.71%;对于mi序列,边坡动力安全系数增加24%~40%;随坡高、坡角及损伤区厚度变化规律和影响程度与静力稳定分析相同;爆破开挖动力扰动下,边坡安全系数相比静力情况下降低了8.09~13.82%。
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