传统的渗流理论假设,同水相接触的固相介质(无论是多孔介质还是裂隙介质)是刚性的,因而可不考虑渗流过程中固相骨架的变形问题。显然,这一假设是有局限性的,即某些情形下固相骨架的变形问题不能忽略。就坝址区地质体而言,高达数十米甚至百米以上的坝体的自重给下伏岩体施加了巨大的附加荷载,作为其基础的饱和岩土体,在坝体自重荷载作用下所承受和传递附加应力的规律,同样遵循有效应力(effective stress)原理。即坝体自重这一附加荷载改变了坝基一定范围应力场内原有应力的分布特征,使区内某部位岩体所承受的总应力趋于明显的增大,以致其中部分转为由固相骨架来承受的有效应力。随着有效应力的增加,固相介质之间的相对位置随之出现了相应的调整,结果由于侧向受限而趋于垂向变形。这种垂向变形往往呈现不均一性,因而对于坝基岩体的稳定性、乃至上复大坝的整体稳定性是不利的,因而是大坝长期安全运行的隐患。此当大坝(如堆石坝)基础地质体为深厚覆盖层时,尤其如此。
研究还表明,蓄水条件下坝址不同部位岩体所处的应力分布状态还是有差异的,因而有着不同的应力作用效应。
大坝建基面是坝体与基础岩体之间的连接区。大坝挡水后的坝体作用力通过这一连接区传递到基岩中;而基岩对坝体作用力的反力作用也通过这一连接区传递的。大坝建基面一般位于弱风化或微风化岩体之上。该部位岩体虽保持了较好的完整性,但已受到了一定程度的风化作用,以致所含的结构面中可能含有次生矿物。因此,岩体软化系数低,变形模量一般仅为新鲜岩石的50%左右。根据岩体断裂力学的基本理论,上述岩体在一定的外荷载作用下所含裂隙就有被压密而变形的可能;岩石中的微裂隙(或裂纹)会随荷载的增加而发生扩展、贯通,并与结构面组合形成破裂面,而以剪切方式发生破坏的可能。
水库蓄水后,上游坝踵区属于拉剪应力区、且又是应力集中部位。因此,在正常荷载作用下,此区岩体裂隙处于受拉状态。至于在何部位发生何种形式的失稳则主要取决于基岩中是否存在不利方位的结构面及其组合、灌浆(包括固结灌浆及接触灌浆等)处理效果、建基面的结合强度以及不同材料(包括混凝土和岩石等)的断裂韧度相对大小等因素。(www.daowen.com)
水库蓄水后,下游坝趾区岩体处于压剪应力状态。因此,此区潜在的破坏,与微裂隙的受压闭合、摩擦滑动、压剪起裂、分支扩展、最后相互贯通的渐进过程有关。
如前述,随着坝基及边坡的大规模开挖,一定范围内形成了二次应力场,在此作用下,位于边坡浅部的岩体可向临空面发生松弛、回弹和位移,原有围压下呈相对闭合的结构面因松弛而张开。随着时间的推移,松弛带逐渐向边坡或基坑深部转移,从而形成具有一定厚度的松动卸荷带。对于坚硬的裂隙岩体,位移卸荷通常包括如下两个分量:一部分为瞬时的弹性位移;另一部分则为长期的蠕变位移。根据某高拱坝坝基开挖释放区的位移监测结果:左岸岸坡为42mm,右岸岸坡为18mm,建基面为33mm;蠕变位移左岸占总位移的5%,右岸占15%~20%,建基面占3% (赵志祥,1996)。可见,由开挖产生的卸荷作用效应是以空间为主。
水电工程地下洞室的开挖亦使一定范围岩体内的应力分布特征发生变化,由此产生的效应与岩体的强度有关。如果围岩的次生应力小于岩体的强度,则围岩仅产生弹性变形或微小的塑性变形,岩体不发生破坏;反之,若围岩的次生应力大于岩体的强度,围岩将产生较大的塑性变形或发生脆性破坏。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。