理论教育 地应力对水利水电工程的影响

地应力对水利水电工程的影响

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:岩体中的地应力状态对于区域地壳稳定性、水利枢纽选址、地震预报、水工硐室围岩稳定、岩爆等的研究以及地球动力学的研究等均具有重要的实际意义。在一定的地应力场基础上,常因修建大型水库改变了地区的地应力场而引起水库诱发地震。因此,岩体地应力状态及其变化对于研究地震的发生条件和进行地震预报都是十分重要的。总之,岩体的地应力状态对水利水电工程建设有着重要意义。

地应力对水利水电工程的影响

人类工程活动之前存在于岩体中的应力,称为地应力或天然应力。人类在岩体表面或岩体中进行工程活动,必将引起一定范围内岩体中地应力的改变。岩体中这种由于工程活动改变后的应力,称为重分布应力。相对于重分布应力而言,岩体中的地应力亦可称为初始应力或原岩应力。

人们很早就认识到地应力的存在。1912年瑞士地质学家海姆(Heim)在大型越岭隧道的施工过程中,通过观察和分析,提出了地应力的概念。1932年,在美国胡佛水坝下的隧道中,首次成功地测定了岩体中的应力。半个多世纪以来,在世界各地进行了数以十万计的岩体应力量测工作,从而使人们对岩体中地应力状态有了新的认识。

一般认为,地应力主要由自重应力和构造应力组成,有时还存在流体应力和温差应力等。岩体应力状态不仅是一个空间位置的函数,而且是随时间推移而变化的。岩体在地应力作用下不是处于静力稳定,而是处于一种动力平衡状态,一旦应力环境发生改变,这种动力平衡条件将遭破坏,岩体也将发生这样或那样的变形与失稳现象。

岩体中的地应力状态对于区域地壳稳定性、水利枢纽选址、地震预报、水工硐室围岩稳定、岩爆等的研究以及地球动力学的研究等均具有重要的实际意义。

任何地区现代构造运动的性质和强度,均取决于该地区岩体的地应力状态和岩体的力学性质。从工程地质观点看,地震是各类现代构造运动引起的重要的地质灾害。从岩体力学观点出发,地震是岩体中应力超过岩体强度而引起的断裂破坏的一种表现。在一定的地应力场基础上,常因修建大型水库改变了地区的地应力场而引起水库诱发地震。因此,岩体地应力状态及其变化对于研究地震的发生条件和进行地震预报都是十分重要的。

地应力状态与岩体稳定性关系极大,它不仅是决定岩体稳定性的重要因素,而且直接影响各类岩体工程的设计和施工。越来越多的资料表明,在岩体高应力区,地表和地下工程施工期间所进行的岩体开挖,常常能在岩体中引起一系列与开挖卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象,使工程岩体失稳。(www.daowen.com)

对于地下硐室而言,岩体中地应力是围岩变形和破坏的力源。地应力状态的影响,主要取决于垂直洞轴方向的水平地应力σh与铅直地应力σv的比值,以及它们的绝对值大小。

对于有压隧道而言,围岩承受内水压力承载力也在很大程度上取决于地应力的大小。

对于地表工程而言,如开挖基坑或边坡,由于开挖卸荷作用,将引起基坑底部发生回弹隆起,并同时引起坑壁或边坡岩体向坑内发生位移。我国葛洲坝电站厂房基坑开挖在白垩纪粉砂岩和黏土岩互层岩体中,开挖中基坑上游坑壁沿坑底附近视倾斜1°~3°的212夹层泥化面发生逆向滑错,最大错距8cm。基坑坡面倾向为199°,而坑壁岩体位错方向却为223°,二者之间相差24°。事后岩体地应力量测结果表明,该处最大水平主应力σhmax作用方向为NE45°(即225°)左右,坑底高程处应力值为:σhmax=3.1MPa,σhmin=2.3MPa。电站厂房基坑坑壁岩体滑错方向是与最大水平地应力作用方向相一致的。

总之,岩体的地应力状态对水利水电工程建设有着重要意义。为了合理地利用岩体地应力的有利方面,可以根据岩体地应力状态,在可能的范围内合理地调整地下硐室轴线、坝轴线以及人工边坡走向,正确地选择加固岩体的工程措施。因此,对重要工程,均应把岩体地应力量测与研究当作一项必须进行的重要工作来安排。

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