高坝坝肩稳定综合法试验中软岩与结构面力学参数弱化效应研究

高拱坝坝肩中软岩及结构面力学参数的弱化是影响稳定的一个重要因素，综合法地质力学模型试验采用变温相似材料，通过升温降强在模型中实现了对材料力学参数弱化行为的模拟。试验中软岩及结构面材料的强度通常是按经验降低10～30%，而未进行充分论证。在实际工程中材料的力学参数究竟能弱化多少，模型中的降强幅度应怎么取值？这是一个亟待解决的关键问题。本项目结合实际工程，采用试验研究方法，对现场采集的原型材料进行粒度分析，制备材料级配相似的试件，在MTS试验机上进行水岩耦合的三轴试验。通过研究提出软岩及结构面在实际高应力、强渗水条件下弱化后的力学参数，为综合法模型试验降强幅度的取值提供有力依据。研究成果将应用于锦屏、白鹤滩等高拱坝整体稳定地质力学模型试验，在模型中模拟软岩及结构面的力学参数弱化行为，为高坝的稳定安全评价提供科学依据，为综合法模型试验的完善和发展奠定基础，同时也为岩体地质力学参数的取值提供参考。

拱坝工程建成蓄水运行之后，坝肩坝基岩体中软弱岩体及结构面在荷载及渗流作用下将发生力学参数降低的现象，地质力学模型综合法试验采用变温相似材料可以模拟这种材料强度降低的力学行为，其降强幅度的确定需建立在材料力学特性弱化试验基础上。本项目结合工程实际问题，通过现场采集典型软弱岩体与断层原样材料制备试件，在MTS试验机上进行水岩耦合的三轴压缩试验。试验测试得到了材料在不同水压和围压条件下强度和变形的参数弱化值与弱化率，定量揭示了材料的水压弱化效应。试验结果表明，软弱岩体与断层在水岩耦合作用下会发生显著的力学参数弱化。综合分析弱化试验结果及锦屏工程地质特征，明确了在锦屏拱坝整体稳定三维地质力学模型试验中，软弱结构面的抗剪强度需降低30%，其降强幅度首次依据可靠的试验数据进行确定。在此基础上，开展适合于锦屏工程的变温相似材料的研制，获得了断层与煌斑岩脉模型材料抗剪强度τ（f′，c′）与温度T之间的关系曲线。将上述研究成果应用于锦屏拱坝综合法地质力学模型试验中，同时还开展三维有限元数值计算分析，运用多种方法对锦屏高拱坝地基整体稳定安全性与失稳破坏机理进行研究。项目研究成果已应用于实际工程的建设，为工程的稳定性评价、安全蓄水鉴定和运行管理提供参考和科学依据，为综合法模型试验方法的完善和发展奠定基础。