三峡船闸混合式闸室墙稳定研究

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三峡工程双线五级船闸高边坡块体滑动模式及稳定性计算分析

闸墙直立坡主要为弱风化下带和微风化岩体。边坡出露结构面以 Ⅳ 、Ｖ级类结构面为主，少量 Ⅲ 结构面。断层规模一般不大，长度多小于１００ｉｎ，少量在１００ｍ以上，多为陡倾角，其走向主要为ＮＥ～ＮＥＥ组最发育，与船闸轴线夹角多大于３０。，规模较大的断层有ｆ。、Ｆ：Ｆ。。、ｆｌ晰
图１单面滑动模式一
图２单面滑动模式二
（３）由两组侧向结构面和与边坡倾向一致的结构面组合产生的滑移（图３），根据出露部位和产状的不同又可分为
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）三类；
画画囚
（ａ）
（ｂ）
（ｃ）
图３单面滑动模式三
画画画
在船闸开挖初期对块体的稳定分析一般以此建议力学参数值进行计算。在永久船闸的开挖施工中，对岩体结构面又进行了大量的现场抗剪强度试验，结合施工前及施工过程中所进行的力学试验成果对岩体结构面抗剪强度指标作了进一步分析，提出永久船闸闪云斜长花岗岩体结构面抗剪强
船闸高边坡块体滑动破坏模式主要分为两大类，即单面滑动和双面滑动。同时根据块体结构面组合即临空面的不同可分为多种类型。１．１单面滑动模式
根据永久船闸边坡开挖所揭露结构面组合情况，单面滑动块体主要可分为以下几种类型：
（１）由结构面向临空面斜切纵横向边坡拐角，向临空面产生滑移（图１）；
【关键词】高边坡；块体滑动模式；楔形体；参数选取；抗滑稳定计算；加固处理

阐述有限元法在混合闸室墙结构优化的应用

阐述有限元法在混合闸室墙结构优化的应用船闸是用水力直接提升船舶过坝以克服航道上集中水位差而设置的一种通航建筑物，根据船闸所处的地质条件，选择不同的闸室墙结构，而混合式闸室墙一般用于开挖岩石山体中，当岩面处于墙高的中部时，就可采用混合式闸室墙结构，混合式闸室墙上部为重力式结构，下部采用衬砌式结构。

目前在工程设计中，一般假设上部重力墙和下部衬砌墙为独立结构，分别进行稳定性、强度和地基承载力验算，但是对于不同地质条件下上部结构和下部结构之间的作用力、地基和周围岩体与墙体结构之间的作用力尚不完全明确，因此基于有限元软件针对不同“接触”非线性问题，有许多功能强大、灵活多变的接触面模拟功能，相较于传统的分析方法在解决复杂接触问题时具有更多的优势。

1 船闸闸室结构有限元模型船闸结构全部或者部分埋置在土中，受到很大的水压力作用，周围岩土体对船闸结构具有约束作用。

在两者相互作用下，其结构的响应不同于地面上的自由结构。

而混合式闸室墙一般采用整体式结构，在传统方法计算中是将空间问题转化为平面问题，按固定于底板上的的悬臂梁进行计算并且计算高度不大于25m，一般按材料力学偏心受压公式计算内力；运用有限元法进行混合式船闸闸室墙结构计算，可将采用非线性有限元方法，借助大型有限元软件建立回填土-船闸闸墙结构-岩基整体有限元模型，分析不同工况下混合式船闸闸墙结构的应力应变特征，并对数据进行分析整理，得出相应结论，为高边坡混合式船闸闸墙结构优化设计提供科学的依据。

2 船闸结构优化的影响因子通过有限元法建立船闸闸室的计算模型，首先考虑不同工况下作用于闸室墙结构上的荷载作用，同时要分析闸室墙与岩基之间的接触应力，选择必要和合理的有限元计算范围，对于岩基与闸室之间的作用区域如何将其荷载准确地拟合在有限元模型上对于计算结果是非常重要的。

同时在混合式闸室墙的结构设计中，可能会运用广义Hooke定律；土体材料本构关系采用Mohr-Coulormb模型等，因此在因地制宜地采取不同的结构形式时，对于不同的结构形式结构设计参数的变化对有限元模型计算结果的影响。

三峡永久船闸混合式闸室墙接触问题数值分析

（２）
的交界面属施工弱面，不可能黏接完好，在施工期因混凝土水化热作用而产生的温度应力以及运行期外界气温的作用下，交界面可能会反复出现张开～～闭合现象，从而影响衬砌墙体和锚杆的受力。本文通过三维有限元接触问题非线性仿真
计算，按衬砌墙、结构锚杆和岩体联合受力，模拟衬砌墙的施工过程，整理低温季节最大应力，以确定衬砌结构的内力分布、结构锚杆和过缝钢筋的工作状态及交界面的接触状态。
ｃｎａｔｎｎｌｎａｈｅ－ｉｎｉｎｌｆｎｔｌｍｅｔｏｏｃｒｙｏｈｉｕａｉｎｃｍｐｕａｉｎｂｙｃｎｓｄｒｎｈｅｅａｕｅｌａｓａｄｔｅｏｔｃｏ－ｉｅｒｔｒｅｄｍｅｓｏａｉｉｅｅｅｎｔｍｅｈｄｔａｒｎｔｅｓｍｌｔｏｏｔｔｏｏｉｅｉｇｔｅｔｍｐｒｔｒｏｄｎｈｇａｉｙｌａ．ｔａａｙｅｈｔｕｔｒｒｉｇｓａｕｆｔｅｌｅｌ，ｎｃｏａａｓａｏｋｕｄｅｎｔｄｐｒｓｕｅｄｓｕｓｓｔｅａｆｃｉｎｆｒｖｔｏｄＩｎｌｚｓｔｅｓｒｃｕｅｗｏｋｎｔｔｓｏｈｉｄｗａｌａｈｒｇｅｂｒｎｄｒｃｎｒｕｉｅｅｓｒ，ｉｃｓｅｈｆｅｔｏｓｏｎ
三峡永久船闸是在山体中开挖而成，岩体高边坡采用混
凝土衬砌支护。衬砌墙体与岩体高边坡之间设置锚杆，共以
当＋＂０Ｏ￣＞时ｇ２
，＇ — Ｏ的整体稳定。衬砌墙体与岩体
ｊｏ一

三峡升船机上闸首_基岩的整体稳定性研究

第21卷第3期2000年9月岩土力学Rock and So il M echanicsVol.21No.3S ept.2000文章编号:1000 7598 (2000)03 0213 04三峡升船机上闸首基岩的整体稳定性研究钱向东1,傅作新1,钮新强2,朱虹2(1.河海大学土木工程学院,江苏南京 210098; 2.长江水利委员会设计院,湖北武汉 430010)摘要:采用基于塑性极限理论的弹塑性极限平衡法研究三峡升船机上闸首基岩的整体稳定性,该方法以逐渐降低材料强度来逼近系统的极限平衡状态,以塑性区的贯通表示系统的临界失稳状态,无需事先确定滑裂面,适合于复杂基岩的稳定性分析。

研究中模拟施工过程,把开挖卸载后的基岩应力作为再加载时的初应力,并考虑到基础固结灌浆等加固措施,假定基岩从弹性状态开始再加载。

结果表明,上闸首基岩系统的整体稳定安全系数为3.3,具有足够的安全度。

关键词:闸首;基岩;稳定性;弹塑性;极限平衡中图分类号:T U457 文献标识码:A作者简介:钱向东,男,1963年生,教授,工程力学专业,主要从事计算固体力学和工程稳定性研究。

Stability an alysis of the u p stream lock h ead of Three Gorges ship liftQIAN X iang dong1,F U Zuo x in1,NI U X in qiang2,Z H U H ong2(1.College of Civ il Eng ineering,Hohai U niv ersity,Nanjing210098,China)(2.Design Institute of Changjiang Water Resour ces Co mission,W uhan430010,China)Abstract:T he stability of the up stream lock head of T hree Gorges ship lift i s analyzed with elasto plast ic limit equilibrium method in w hich the critical instability st ate is defined as the state where the plastic zo ne runs through the rock foundation,and t he pre determined sliding surface is unnecessary.T he limit equilibr ium state is approx imated stepw ise with decr ement of mate rial streng th.T he constr uction sequence i s taken into account in t he study,and the stresses of rock after excavation are treated as init ial stresses w hen r elo aded.And because of the consolidation grouting in rock after ex cavation,rock r elo ading begins in e lastic state.Results show t hat the safety factor of stability o f the up stream lock head is3.3.Key Words:lock head;rock foundation;stability;elasto plasticity;limit equilibr ium1 前言三峡升船机上闸首既是永久性快速过坝通航建筑物的一部分,又是枢纽挡水建筑物的一部分,它分别与左右侧的7#,8#非溢流坝段相邻。

高边坡条件下混合式船闸闸室墙有限元模拟及结构优化研究

高边坡条件下混合式船闸闸室墙有限元模拟及结构优化研究船闸作为水路运输中通航建筑物的主要形式,由于类型多样、形式复杂,结构的受力状态各有不同。

闸墙作为船闸结构的主要组成部分,在目前的工程设计中主要是以解析法为主,而有限元法作为可以精确求解闸墙受力及变形的一种方法,在船闸的设计及受力变形的研究中应用较少。

本文以老挝湄公河萨拉康船闸闸墙为工程实例,针对传统混合式闸室墙结构计算的局限性,建立高边坡条件下混合式船闸闸室结构的有限元模型。

在充分考虑到船闸闸室与周围土体(岩土)之间的相互作用、闸室中水位不同时的水压力、墙后土压力、底部锚杆的作用力等荷载的作用情况下,模拟几种主要工况下墙体本身以及其与岩基之间的接触应力。

分析边坡的稳定性及改变闸墙锚杆分布后对闸墙稳定性的影响,得到混合式船闸闸室墙的应力应变特征,为高边坡混合式船闸闸室墙的结构优化设计提供参考,研究结论可用于指导工程实践。

主要研究内容如下:1)运用传统解析法,计算并分析不同工况下船闸闸室墙的受力及抗滑、抗倾稳定性;2)建立混合式船闸闸室结构有限元模型,研究分析不同工况下船闸闸室墙不同部位的应力应变大小及分布情况;3)对解析法计算结果和有限元模拟结果进行对比分析,并运用强度折减法对边坡的稳定性进行分析;4)计算分析改变锚杆的间距、杆径、夹角时闸墙受力及变形的变化,找出变化规律并将其应用于船闸闸室结构的优化设计。

三峡永久船闸结构锚杆耐久性设计

喷辞与潦环氧封闭层外加橡胶套管的防护措施，以提高结构描轩的耐久性。对锚杆所处的环境作了系统研究，
对整个设计过程作了详细介绍
美
键
词：永久船闸；结拘锚杆；防腐；久性；工艺措施；三峡水利枢纽耐文献标识码：Ａ病害是由于没有考虑结构的耐久性或对耐久性考虑不够造成
凝土均不具腐蚀性．但在个别部位（ＡＳ７桩号１０）５＋８９地下水具溶出型弱腐蚀性：永久船闸地下水水质分析结果见表
丧１兰峡永久船闸地下水水质分析成果ｃ９５年７月至１９平均值ｌ１９９６年
将使锚杆承受巨大的切向剪应力，甚至超过锚杆的抗剪能力．
两种。为简化施工程序，自由段用６壁厚弹性橡脏套管包裹一
在锚杆外部，当锚杆受力时，橡胶套管具有２— ＇的切向变形３Ｉｌｌｌ￣能力一
２耐久性要求
有关文献指出，全国太坝和钢筋混凝土建筑物４％以上的０
收精日期￣００— ８— ５２００２作者简介：任继礼，长江啦刺委员套设计院枢纽赴，男教棱高级工程师。
三峡永久船闸为取线连续五级船闸，中任何一级船闸，其任何一个结构块出现损坏达到需要检修程度时，均会造成一线船
体共同受力的结构体系．充分利用强度高、完整性好的岩体承受外荷载。闸室高水位运行时，凝土衬砌结构紧靠岩体与其共混
同承受墙前水压力；船闸低水压运行或检修时，混凝土衬砌结构
闸停航、因此三峡永久船闸对结构的耐久性要求较高。

三峡永久船闸高边坡岩体长期变形与稳定研究

疏排。
井、交叉的实际受力条件，要按三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ维空间进行计算，而洞需进
厚，底板受地形和构造控制，伏比较大，其起自上而下分别为全、风化，风化（坡开挖部分）弱风化以及微、岩体强中放和新（立墙闸室部分）直。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，中走向与船闸轴线交角其＜３。两组分属Ｎｗｗ和ＮＥＯ的Ｅ组，造岩胶结较差，边坡构对
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，级船闸段的总长约１６０ｍ，同上下游引航道五０连全长达６４６ｍ，闸闸室的净宽为３闸室之间保留有５船４ｍ，６０ｍ宽的中隔墩。人工深挖山体土石方４１６万ｍ。垂直边６，
中图分类号：６１Ｕ４文献标识码：Ａ
１工程概况
三峡水利枢纽工程规模宏伟，术复杂，世界之最。其技居
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
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，体是赋岩
存于大地应力场作用下经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，峡岩体的整体持续稳定是三

三峡电站混流式水轮机水力稳定性研究_田子勤

收稿日期:1999-11-10作者简介:田子勤,男,长江水利委员会设计院机电处,高级工程师,硕士。

文章编号:1001-4179(2000)05-0001-03三峡电站混流式水轮机水力稳定性研究田子勤　刘景旺(长江水利委员会设计院,湖北武汉430010)摘要:三峡电站水轮机是目前世界上运行水头变幅最大的巨型混流式水轮机之一,其运行稳定性是设计、研究、制造和使用部门关注的首要课题。

在左岸电站机组招标文件和合同执行过程中,明确提出水力稳定性是首要考虑的问题,并具体规定了模型和真机的稳定性指标。

在水轮机模型验收试验中,发现一些现象与众所周知的部分负荷的压力脉动不同,表现为在运行水头范围内存在压力脉动峰值带,频率较高,且从蜗壳进口至尾水管的几个部位均同时出现较大的压力脉动幅值。

根据模型试验的结果,分析了空蚀系数和补气对压力脉动的影响,提出了改善三峡电站水轮机水力稳定性的几点措施。

关　键　词:混流式水轮机;水力稳定性;压力脉动;模型试验;三峡水利枢纽中图分类号:TM 312 文献标识码:A1　概述运行稳定性是水轮发电机组长期安全运行的重要保证。

三峡电站水轮发电机组是世界上最大的水电机组之一,水轮机额定出力710MW ,最大出力为852MW ,水轮机的外形尺寸和重量也是混流式水轮机之最,加之电站初期和终期运行水头变幅大,又担任调峰任务,负荷变化大,机组能否在这种苛刻的运行条件下稳定运行,是水电界普遍关注的问题。

在三峡工程左岸电站机组招标文件和合同执行过程中,明确提出将水力稳定性放在首位加以考虑,并具体地规定了模型和真机的稳定性指标。

经过合同谈判,法国ALSTHOM HYDRO 赢得8台水轮机的份额,其中,挪威克瓦纳能源公司(简称KE )负责水力设计;VGS (VOITH +GE Canada +SIMENS )赢得6台水轮机的份额。

根据上述两个供货商的模型目击验收试验结果,其稳定性指标均未全面达到合同规定的保证值,水轮机尾水管和顶盖处(转轮叶片前和导叶后空腔区域)存在一个明显的严重不稳定区域(即压力脉动峰值带),其表现为压力脉动的幅值大(最大达13.1%),频率较高,其现象与岩滩电站机组存在某些相似之处。

三峡永久船闸高边坡工程稳定措施

收稿日期:19981005作者简介:吴海斌(1965—),男,江苏人,高级工程师,岩土工程专业.三峡永久船闸高边坡工程稳定措施吴海斌(中国长江三峡工程开发总公司,湖北宜昌443002)摘要:介绍了三峡永久船闸高边坡的规模、特点以及保证边坡稳定的设计技术路线,论述了保证边坡稳定的跟踪反馈研究和反馈设计思想、实施措施,即高边坡防渗排水措施、边坡锚固支护措施、控制爆破措施.根据边坡目前状况和相应监测成果验证了这些措施对边坡整体稳定性的作用.关键词:船闸;边坡;排水;锚固;爆破;稳定性中图分类号:T U457 文献标识码:A 文章编号:1000Ο1980(2000)01Ο0072Ο04永久船闸是长江三峡通航的控制性工程,不仅要保证其高边坡施工期的临时稳定,更要确保其运行期的长期稳定.为解决永久船闸高边坡工程稳定(包括变形控制)技术问题,10多年来,国内、外专家学者进行了全面深入的研究,在此基础上制定了严密的边坡设计、施工技术路线:a.船闸岩质高边坡和中隔墩岩体应具备足够整体稳定性,长期变形应有严格控制,以保证闸门正常运行.b.边坡加固应采用截、防、排水和岩锚支护的综合处理方案.c.加强施工期和运行期监测,进行动态跟踪反馈设计和研究.d.加强施工控制、特别是爆破控制和适时支护.本文重点介绍了围绕上述技术路线实行的具体措施,并对其效果进行了初步评价.1　工程概况111　边坡工程地质条件永久船闸高边坡所在区域出露的基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩,岩石坚硬,微风化和新鲜岩石弹性模量试验值在60.0G Pa 以上.岩体内岩脉较发育,以细粒花岗岩脉和辉绿岩脉为主,岩脉内以及周边岩体中裂隙一般都很发育,且风化程度相对较高.高边坡区域内地质构造相对简单,以断裂构造为主.断层按走向可分为四组,即NE —NEE 组、NNW 组、NNE 组和NW —NWW 组,发育程度依次减弱.断层倾角都较大,一般在60°以上.节理按走向也可以分为四组,即NEE ,NNW —NW ,NNE —NE 和NWW 向,倾角一般在70°以上.这四组节理中以NEE 组节理最发育,以NWW ,NW 向节理与边坡走向交角最小.岩体全、强、弱、微风化带完整,其中全强风化带厚10m 左右,弱风化带一般厚10m ,局部达20余米.地下水以潜水裂隙水为主,主要由大气降水入渗补给.112　工程概况三峡永久船闸为双线连续五级船闸,总长1670m ,最大开挖高度170m ,其中下部为45～68m 高的直立墙段.两线闸槽间保留宽56m 、高45～68m 的直立岩质中隔墩.船闸结构所需的3条贯穿主体闸室(首)段的纵向输水隧洞和每个闸首两侧开挖的36个竖井布置在两侧边坡和中隔墩岩体内.直立闸槽边墙结构为厚度1.5～2.4m 的混凝土薄衬砌墙,它通过高强结构锚杆与岩体连接,共同组成闸室结构.设计的边坡轮廓线为:闸槽以上斜坡段分级开挖.边坡坡比的设计原则为:全风化岩体1∶1～1∶1.5,强风化1∶1,弱风化1∶0.5,微新岩体1∶0.3;闸槽段为直立坡.闸槽以上的斜坡段每15m 高为一梯段,梯段间设马道,马道一般宽5m ,弱风化顶部设宽10m 马道;闸槽顶设宽15m 平台或纵向斜坡道,闸首处加宽至35m 左右.边坡整体轮廓形态参见图1.第28卷第1期2000年1月河海大学学报JOURNA L OF H OH AI UNI VERSITY V ol 128N o.1Jan 12000图1　永久船闸高边坡截防排水、加固支护典型断面Fig.1　Typical cross section of perm anent shiplock high slope边坡总体坡角较缓,约55°～60°.但存在如下几个方面的不利因素:a.边坡横断面呈上缓下陡、中部凸出形状,体形不佳;b.由于结构上的要求,闸首底板较闸室向两侧坡内凹9m ,同时要考虑闸首竖井的布置,形成多处临空.c.船闸闸槽除第1,6闸首闸槽边坡为陡倾斜坡(1∶0.2)外,第2,3闸室(首)闸槽、第1闸室北线北坡均为微新花岗岩直立墙(坡),其中闸槽大部分为直立岩墙,直立岩墙长度总延米近6000m.高度大于40m 者占65%.直立墙最大高度68m ,对岩体稳定不利.2　高边坡防渗及排水措施大量的研究和工程实例表明,地下水压力及地下水对岩体力学性状的恶化是造成边坡失稳的突出因素.船闸设计采用了充分利用岩体强度的混凝土薄衬砌墙方案,如何高效经济地进行排水设计成为难点之一.船闸边坡防渗排水措施包括山体排水洞、排水孔、地表和边坡截排水措施及直立防渗排水系统(图1).211　山体排水洞及其排水孔幕在边坡两侧山体内各布置了7层排水洞,尺寸为2.5m ×3m 和3m ×3.5m (兼作锚固洞),高程分别为200m ,170～175m ,152～177m ,130～152m ,110～125m ,89～94m ,70～72m.排水洞内设置排水孔,以疏干边坡侧墙与排水洞35～40m 岩体范围的地下水.排水孔上、下在排水洞处衔接,纵向形成平面“幕”,可重力排除上部渗水,也可拦截侧向补给,该措施可以有效地截、排渗向边坡岩体中的地下水.212　地表和边坡排水措施地表截、排水措施为在坡顶开口线以外设截水沟,开口线与截水沟之间喷12cm 厚混凝土封闭.坡面截排水措施主要包括坡面喷混凝土封闭、坡面排水孔、坡面及马道纵横排水沟.斜坡段坡面全强风化和弱风化坡段均采用镀锌铁丝网喷12cm 厚混凝土封闭,微新岩石则喷7cm 厚素混凝土封闭.坡面排水孔孔径均为46mm ,孔排距3m ×3m ;在全强风化、弱风化和微新岩石坡段的孔深分别为0.7m ,3.0m 和3.0m ,这一措施可以有效地防止坡面降水入渗和及时疏干坡面浅部地下水.213　直立岩墙防渗和排水由于直立岩墙不能随开挖及时封闭岩体,为确保岩体强度,在开挖揭露墙顶后应及时浇筑混凝土、封闭37第28卷第1期吴海斌　三峡永久船闸高边坡工程稳定措施47河　海　大　学　学　报2000年1月直立墙项面.直立墙形成过程中,适时地在上部10m范围内喷10cm素混凝土,全面封闭直立墙上部岩体.后期进行的直立墙混凝土衬砌浇筑即可全面封闭岩体,但衬砌后直立岩面仍需排水减压.主要措施是在直立墙面上设置纵、横井式排水管网,纵、横间距4m×6m.排水管为断面直径300mm、横高200mm的预制无砂混凝土管.墙后排水系统与后续的衬砌结构锚杆设计及受载大小密不可分.如何保证快速施工条件下安装排水系统,仍需进一步优化.3　高边坡加固支护船闸高边坡的加固与支护是在设计边坡整体稳定的前提下针对下述情况进行的:(a)边坡坡形设计和地质原因造成的随机不稳定块体;(b)较大规模的局部不稳定块体;(c)改善不利坡形的边坡应力状况,主要是边坡中部和直立墙上部;(d)直立岩墙与混凝土薄衬砌墙的共同作用.实施过程中采用的加固支护措施主要有系统支护和随机支护.311　系统支护系统支护措施有喷混凝土防护、锚杆及锚索加固(图1).斜坡段系统砂浆锚杆布置在弱风化带及以下岩石坡段,主要用于加固各梯段坡上部台口岩体.其中弱风化坡段的锚杆参数为: 25mm、长8mⅡ级螺纹钢筋,孔排距4m×2m,下倾5°～7°垂直坡面走向,分两排设在台口以下1.0m和3.0m,微风化岩体坡段则将孔排距调整为3m×2m.斜坡段系统预应力锚索布置在高边坡段(二闸首至三闸首)左右边坡宽马道以下,每个梯段布置一排,均为长30～35m、孔距3m的端头锚,较高的一排为1000kN级、内锚段长5m,其下为3000kN级、内锚段长8m.根据前期研究成果,直立墙形成后上半部岩体多处于拉剪屈服状态,同时考虑到直立墙岩体与混凝土衬砌墙的连接,采用的系统锚固措施有系统锚索和系统锚杆.预应力锚索在左右侧直立坡段布置两排,参数为:3000kN级、长度35～45m、孔距3～4m,上层锚索距墙顶8～10m、第2层距墙顶20～25m,均与山体内相应高程的排水(锚固)洞对穿;局部直立墙增高部位另布置了3排锚索.中隔墩岩体内预应力锚索的布置原则同上,采用3000kN级的对穿锚.直立墙系统锚杆的工作机理、设计要求、施工难度等都有其独特之处,经反复比较和修改,采用的措施为:直立墙第一梯段(顶部10m范围),随开挖先及时实施系统锁口普通锚杆,其下部岩体则随开挖及时实施随机支护措施,同时按衬砌结构锚杆的施工要求适时施工结构锚杆,最后实施锁口部分的结构锚杆.锁口锚杆分3～5排布置,长10～14m,为 32m m普通Ⅱ级螺纹钢筋;孔距一般为2.5m,排距1.5～2.5m.衬砌结构锚杆的主要作用是抵抗混凝土墙后的水压力使直立岩体、薄衬砌混凝土墙连成整体,共同组成结构系统.其设计涉及岩体强度、岩体变形、墙后排水、薄衬砌混凝土墙和杆体的内外部共同作用,同时需考虑它对墙体可能长期变形的适应性、长期有效性、温度荷载的影响.目前的基本方案为:采用 32mmⅤ级高强精轧螺纹钢筋作为杆材,在直立墙上按水压力的分布,总体上是上疏下密、上长下短布置,锚杆长度8～13 m,排距1.35～2.00m,孔距1.3m～2.0m.312　随机支护随机支护是对施工中动态反馈设计预报的或边坡开挖后已出露于台阶面或坡面上的潜在不稳定楔体进行的快速支护.实施中主要有以下几种支护类型:a.100m3以下的小型块体,以 25mm或 32mm普通锚杆加固为主.锚杆以穿过滑面一定深度为原则,长5～10m;b.100m3以上的中、大型块体,以3000kN锚索加固为主;c.岩石破碎带,以锚杆结合钢筋网喷混凝土加固为主;d.软弱断层地段,进行掏槽置换,规模较大影响结构时,增设锚杆或锚索.4　施工程序与控制爆破411　施工程序为保证施工进度,同时尽量保护边坡岩体,采用的施工程序为:a.地面开挖与地下开挖.同区段左、右闸槽应平行开挖,不能平行开挖时,高差不应大于一个梯段;排水洞开挖应先于船闸明挖,以尽早疏干地下水,布置监测仪器,进行岩体锚索施工;输水隧洞及其施工支洞应先于同区段闸室明挖,要求隧洞开挖部位的相应闸室岩体至少保留自闸室底面以上30m ,以保证洞室开挖基本不损伤边坡岩体,也有利于排水;原则上竖井至少先于槽挖一个梯段,但在实施过程中需视情况而定.b.开挖与支护.随机支护、斜坡段系统的喷锚支护、锁口支护均在满足爆破振动影响要求的前提下同梯段实施,避免岩体张拉离位;结构锚杆、锚索原则上要求隔一梯段施工,同时应满足爆破振动影响的要求.412　爆破控制招标文件推荐先锋槽+施工预裂+3m 侧向光爆层的控制爆破方案,梯段开挖最大段药量不得大于300kg ,光面爆破最大段药量不宜大于50kg ,边坡和洞井壁的安全质点振速不得大于10cm/s.后经爆破试验、专家现场跟踪咨询和实施过程中的经验总结,实际采用的槽挖爆破施工程序为:先进行先锋槽深孔梯段微差爆破,然后再进行侧向预留保护层光面爆破.预留层宽度在第1梯段为5～8m ,第2梯段3～5m ,以下为3m.槽挖深孔梯段爆破时,钻爆孔分主爆孔、侧向一排缓冲孔和侧向施工预裂孔.实际采用的爆破控制参数指标为:最大段药量,主爆孔50kg 以下,施工预裂、光爆孔32kg 以下,手风钻孔15kg 以下;质点振速,在距爆区边界10m 处,V p 控制在15cm/s 以下,其中58%控制在10cm/s 以下.据不完全统计,爆破塌落的块体占潜在不稳定块体总数的8%,说明爆破控制良好.5　边坡监控与稳定评价为验证前期边坡研究和设计成果、动态反馈设计依据和监控边坡长期运行动态,在边坡岩体布置了变形、岩体应力、锚杆应力、边坡松弛范围、渗流、爆破振动等监测项目.至1998年3月,高程245～230m 全强风化岩体、高程200m 弱微新岩体、高程170m 微新岩体的月平均变形量分别为0.677mm 、0.453mm 和0.717mm.直立墙顶南北坡测点最大位移分别为25.62mm 和17.32mm (1997年10月).中隔墩位移形态与现场施工关系密切,累计位移较两侧小,最大8.66mm.目前,永久船闸高边坡施工开挖即将到位,边坡成型情况良好.各项监测结果也表明,边坡岩体目前处于良好的工作状态.6　结　束　语三峡永久船闸高边坡工程的规模、难度均是空前的.迄今为止,经过各方的共同努力,取得了较好的阶段性成果,同时也表明了如下几点:a.在边坡设计、确定工程措施和施工技术优化过程中自始至终所坚持的技术路线及“认识岩体、保护岩体、支护岩体和监测岩体”的岩体工程思想方法是正确的.b.迄今为止的监测成果和边坡状态证明了边坡坡形设计及边坡施工过程中的跟踪反馈研究和反馈设计是成功的,所采取的边坡防渗排水、锚固支护和控制爆破等工程措施保证了边坡的整体稳定性.c.目前对船闸高边坡工程的认识还是感性的,一些问题如长期变形问题、直立混凝土衬砌墙锚固方案的优化问题仍需做进一步的工作.更重要的是,对船闸高边坡工程的认识还需不断深化,实现从感性到理论的升华.参考文献:[1]徐麟祥,杨启贵.三峡船闸高陡岩石开挖边坡设计研究[J ].人民长江,1997(10):27～29.Measures for Stability of Permanent Shiplock H igh Slope at Three G orges ProjectWU H ai 2bin(China Yangze Three Gorges Development Corporation ,Yichang 443002,China )Abstract :The scale and characteristics the high slope of the permanent shiplock at the three g orges project ,and its design technical concept are introduced in the paper.The following feedback reseach and design ,the measures adopted to keep the slope stability ,such as seepage control and drainage ,grouting and bolting support and blasting control ,are als o systmatincally recounted.The present state of the slope and the m onitoring results have verified the im portance and function of the adopted measures.K ey w ords :shiplock ;slope ;drainage ;bolting support ;blasting ;stability 57第28卷第1期吴海斌　三峡永久船闸高边坡工程稳定措施。

三峡永久船闸岩石高边坡工程稳定技术

第21卷第2期岩石力学与工程学报 21(2)：261～2672002年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb ., 20022001年5月25日收到初稿，2001年6月15日收到修改稿。

作者吴海斌简介：男，36岁，1992年于河海大学岩土工程专业获硕士学位，现为航建项目部副主任、高级工程师，主要从事永久船闸工程项目管理方面的工作。

三峡永久船闸岩石高边坡工程稳定技术吴海斌(中国长江三峡工程开发总公司宜昌 443002)摘要在阐述船闸高边坡工程特点的基础上，论述了该工程实施的技术路线，并重点介绍了工程规模、岩体支护、防渗排水、施工程序与爆破控制和监控技术，最后得出了施工期边坡总体和局部稳定、总体变形基本控制在预计范围内的结论。

关键词三峡，船闸，边坡，稳定，技术分类号 TV 543，TV 554+.12 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)02-0261-071 高边坡工程特点、规模1.1 高边坡工程特点三峡工程双线连续五级永久船闸是三峡工程重要建筑物之一[1](如图1所示)，因其独特的结构要求，需在三峡坝址左岸制高点坛子岭北侧花岗岩山体中深切开挖修建，形成最大深度为170 m 、下部为45～68 m 直立闸墙的双向岩质高边坡，两线闸槽间保留宽为56 m 、高为45～68 m 的直立岩石中隔墩。

为船闸结构所需而开挖的三条贯穿主体闸室(首)段的纵向输水隧洞和每个闸首两侧开挖的36个竖井，布置在两侧边坡和中隔墩岩体内。

直立闸槽边墙结构为厚度1.5～2.4 m 的混凝土薄衬砌图1 三峡工程平面布置示意图 Fig.1 Layout of the Three Gorges Project墙，该混凝土墙通过高强锚杆与岩体连接共同组成结构。

故永久船闸高边坡既具有一般岩土工程的复杂性和不确定性，又具有结构工程的严格要求，一直受到国内外专家学者的关注。

三峡左岸坝段三维抗滑稳定性分析

标高单位：m 长度单位：cm
• 1961 •
图 1 三峡左岸坝段典型断面图 Fig.1 Cross section of Three Gorges dam near left abutement
段之间的联合作用不可忽视。因此，将三峡左岸 1#～ 5#坝段联合在一起作抗滑稳定三维分析，是有必要的，但本次计算只将 2#～5#坝段联合在一起作抗滑稳定三维分析。
第 22 卷第 12 期 2003 年 12 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
22(12)：1960～1965 Dec，2003
三峡左岸坝段三维抗滑稳定性分析
弥宏亮 1 陈祖煜 1，2 汪小刚 2
(1 清华大学水利水电工程系北京 100084) (2 中国水利水电科学研究院岩土研究所北京 100044)
1前言
三峡大坝左岸由于建基面抬高，大坝建于一个边坡之上。该边坡和坡后厂房联合大坝承受水压力和自重，典型断面如图 1 所示。由于边坡内部存在定位的长大裂隙，其中 3#坝段裂隙最为发育，与相邻的 2#和 4#坝段成明显的反差。3#坝段的深层抗滑稳定安全系数较其他坝段为小，其抗滑稳定受到普
遍关注。目前对 3#坝段的抗滑稳定分析开展了大量的工作，但是多数工作均局限于二维领域。一些专家认为，由于大坝是分缝的，每个坝块仅 38.3 m，而地基是连续的。3#坝段单独从地基的长大裂隙滑出，两侧将切穿强度指标相对较高的节理岩体，基于三峡工程的极端重要性，应进行三维复核。同时，由于长大裂隙在平行坝轴线方向不仅不连续，而且产状也会发生变化，由于 3#坝段基岩与其他坝段基岩连在一起，基岩之间存在一定的约束力，坝段之

三峡船闸高边坡岩体的细观损伤及长期稳定性研究

三峡船闸高边坡岩体的细观损伤及长期稳定性研究随着人类使用水力发电的逐步增加，三峡船闸作为放水及水流控制工程的重要组成部分，也逐渐得到了广泛的应用，但是作为大型建筑结构，其稳定性和安全性问题一直是工程实践中的难点。

在船闸高边坡岩体发生细微损伤后，岩体局部的强度将受到影响，长期发展下可能引起岩体稳定性问题，因此必须进行深入的研究。

本文旨在探讨三峡船闸高边坡岩体的细观损伤及长期稳定性问题。

一、船闸高边坡岩体损伤机理分析船闸高边坡岩体的损伤机理主要包括裂隙扩展、力学性质的改变和孔隙压力等。

引起裂隙扩展的主要原因为岩体受到剪切应力、张力或压力等作用下其内部的裂纹逐渐扩展，最终导致局部的断裂。

岩体内部的应力状态会影响其物理性质，而岩体的物理性质会进一步影响其力学性质，从而导致其局部的力学性质的改变，这将进一步加速细观损伤的发展。

孔隙压力是另一个引起岩体损伤的重要因素，其来源包括岩体内部的化学反应、温度变化、流体运动等。

二、船闸高边坡岩体的细观损伤分析船闸高边坡岩体的细观损伤是指岩体内部的细小裂缝、微孔隙等小尺度结构的变化。

岩体内部存在的微观缺陷常常会带来宏观的影响，进而导致岩体的断裂或塌方等事故的发生。

因此，对岩体内部的微观结构进行“体视图”研究，可揭示岩体内在的结构和自身的物理机制。

本研究采用物理实验与数值模拟相结合的方法来对船闸高边坡岩体的细观损伤进行分析。

1.物理实验本研究采用岩石力学试验系统（Instron）对不同应力下的岩样进行拉伸实验、剪切实验以及压缩实验，并分析不同应力下岩样内部的裂缝分布及扩展情况。

实验结果显示，当岩样受到较大的拉伸应力时，岩体内部裂缝比较难产生，但是当岩样受到较大的压缩应力时，岩体内部的裂隙有较大概率发生。

此外，在铲洞区，由于它的明显偏离切线方向，很容易导致主裂隙产生，并且与此同时，大量的细小裂纹沿着主裂隙扩展，导致岩样的劣化。

2.数值模拟本研究采用有限元分析软件（Abaqus）对不同应力情况下船闸高边坡岩体的应力场分布、应变场分布及细观结构的演化进行模拟研究。

FLAC_3D进行三峡船闸高边坡稳定分析

第20卷　第1期岩石力学与工程学报20(1):6～10 2001年1月Ch inese J ou rna l of R ock M echan ics and E ng ineering J an.,2001FLAC-3D进行三峡船闸高边坡稳定分析3寇晓东　周维垣　杨若琼(清华大学水利水电工程系　北京　100084)摘要　首先介绍了FLA C23D的基本原理及其特点,然后将其应用于三峡船闸高边坡开挖过程的应力变形分析和稳定分析。

结果说明船闸结构是稳定的。

关键词　FLA C23D,显式有限差分法,大变形,三峡船闸高边坡分类号　O242,TV691,TD824.7 文献标识码　A 文章编号　100026915(2001)01200062051　概　述长江三峡水利枢纽永久船闸位于长江的左岸,总长为6442m,其中闸室段长1607m,上游引航道2113m,下游引航道2772m。

总水头113m。

为双线连续五级船闸,船闸位于坛子岭以北约200m的山体中,系在山体中深切开挖而成,船闸基岩为花岗岩,开挖后两侧形成岩质高边坡,最大开挖深度达170m。

开挖引起的岩体卸荷,将导致边坡的变形和应力重分布,对岩坡的稳定和安全性产生影响。

由于三峡永久船闸的重要性和很高的运行要求,对其进行开挖稳定与变形分析是非常重要的一个环节。

FLA C23D[1](Fast L agrangian A nalysis of Con tinua in3D i m en si on s)是由美国Itasca Con su lting Group Inc开发的三维显式有限差分法程序,它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为[2]。

FLA C23D将计算区域划分为若干六面体单元,每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系,如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动,则单元网格及结构可以随着材料的变形而变形,这就是所谓的拉格朗日算法,这种算法非常适合于模拟大变形问题。