开挖顺序对三峡永久船闸三闸首中隔墩变形机制影响的研究
三峡永久船闸地下输水系统混凝土配合比设计龄期调整试验小结
三峡永久船闸地下输水系统混凝土配合比设计龄期调整试验小结朱文华（三联总公司湖北宜昌三峡）［摘要］三峡永久船闸地下输水系统标准段混凝土施工初期混凝土设计龄期为28天，由于三峡工程采用的是人工骨料，混凝土又为泵送混凝土，因而混凝土单位用水量高，从而造成混凝土单位水泥用量高，混凝土水化热温升大，由此给温控防裂带来了巨大的困难。
后根据永久船闸结构混凝土承受设计荷载时间均在一年以后，可以利用混凝土的后期强度这一特点，将混凝土的设计龄期从28天调整为90天，降低了混凝土温升，减少了混凝土裂缝的可能性，施工实践证明，在以后浇筑的南、北坡混凝土几乎没有产生温度裂缝。
根据结构混凝土承受设计荷载时间，调整混凝土配合比设计龄期，充分利用混凝土的后期强度，这为其它水利施工混凝土配合比设计提供了很好的借鉴作用。
［关键词］混凝土设计龄期后期强度混凝土温升水工结构混凝土1概述三峡永久船闸输水系统工程由南坡、中隔墩、北坡三条输水隧洞和36条竖井组成，隧洞总长度为5296m，竖井总长度为2173m，石方总开挖量72万m3，衬砌混凝土总工程量45万m3，工期为5年零3个月。
衬砌混凝土主要为泵送混凝土。
竖井和输水隧洞混凝土设计标号分别为：二级配R28250、R28300，抗冻、抗渗标号均为D150 、S8。
三峡永久船闸地下输水系统标准段混凝土施工初期混凝土设计龄期为28天，由于三峡工程采用的是人工骨料，混凝土施工手段又为泵送混凝土，因此混凝土单位用水量高，造成单位水泥用量高，混凝土水化温升大，给温控防裂带来了巨大的困难，在混凝土施工初期部分结构混凝土表面出现了温度裂缝。
后根据永久船闸结构混凝土承受设计荷载时间均在一年以后，可以利用混凝土的后期强度这一特点，将混凝土的设计龄期从28天调整为90天，同时掺加粉煤灰，利用混凝土的后期强度，降低了混凝土温升，减少了混凝土裂缝的可能性。
施工实践证明，在以后浇筑的南、北坡混凝土几乎没有产生温度裂缝。
三峡永久船闸开挖边坡岩体力学参数反分析
收稿日期:19972072073国家自然科学基金专题( 2425)及院科学技术基金资助项目(96210)作者简介:李端有 男 长江科学院大坝安全监测研究所 高级工程师 主要从事大坝安全监测研究工作三峡永久船闸开挖边坡岩体力学参数反分析3李端有 李 迪 马水山(大坝安全监测研究所)摘 要 采用基于人工神经网络的边坡位移反分析方法,取得了三峡永久船闸开挖边坡多介质岩体的宏观等效弹性模量,并利用各层等效弹性模量进行了有限元正分析计算,预测了三峡永久船闸开挖边坡下一开挖阶段的应力及变形发展趋势。
关键词 三峡工程 永久船闸 开挖边坡 位移反分析 神经网络 均匀设计0 概 述由于岩体的不连续性、不均匀性和明显的尺度效应,以及工程区域岩体的地应力及岩体力学参数也伴随着岩体的开挖而发生改变,因此人们研究利用岩体现场量测信息来确定各类力学数值计算模型的参数[1～3]。
必须指出,反分析所取得的力学参数,是岩体的宏观等效参数。
1 力学参数反分析样本的设计1.1 船闸布置及工程地质条件三峡永久船闸为双线连续五级船闸,布置于枢纽左岸坛子岭左侧一带山体中,船闸中心线方向为SE 110°58′08″,与轴线夹角为67.42°。
船闸线路总长6442m ,主体结构段长1607m ,每闸室平面有效尺寸为280m ×34m 。
两组船闸中心线相距94m ,中间保留60m 宽的中隔墩。
船闸闸室是在山体中开挖深槽形成,从上游至下游呈阶梯状,两侧开挖边坡高度一般为70～120m ,最高达170m 。
其中闸室段墙顶以下垂直边坡高为50～70m 。
船闸座落在坚硬的闪云斜长花岗岩上,岩性在总体上比较完整,整体强度高,断层、裂隙以陡倾角为主,主要断层、岩脉走向与边坡走向间的夹角多大于30°,断层以长50～100m 、宽小于1m 的陡倾角 级结构面为主,以走向NNW 、倾向S W 、倾角65～75°断层最发育,走向N EE 次之。
三峡永久船闸高边坡开挖中的岩石力学问题
三峡永久船闸高边坡开挖中的岩石力学问题
董学晟
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2001(018)005
【摘要】三峡永久船闸是深切山体建造的,开挖形成了双向岩石高陡边坡,其规模巨大,由此带来的边坡稳定问题引起世人普遍关注.回顾高边坡施工开挖6年中发生的边坡成型困难、岩体开裂和塌方等情况,及研究采取对策、解决问题的过程,对岩体开裂和塌方等问题的原因进行了岩石力学分析,提出了几点经验,可供其它类似工程参考.
【总页数】5页(P48-52)
【作者】董学晟
【作者单位】长江科学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU452;TV554.13
【相关文献】
1.三峡永久船闸高边坡稳定性几个问题的分析 [J], 陈德基;王军怀;余永志;马能武
2.三峡永久船闸高边坡预应力锚索施工中几个问题的处理 [J], 涂传军
3.关于三峡永久船闸高边坡快速施工地质超前预报的几个问题 [J], 徐卫亚;王思敬
4.三峡永久船闸高边坡开挖及加固支护设计 [J], 徐年丰
5.三峡永久船闸高边坡开挖三维离散元数值模拟 [J], 李世海;高波;燕琳
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三峡永久船闸工程变形监测设计综述
收稿日期:2002-04-23作者简介:叶 青,男,水利部长江勘测技术研究所工程监测与测量研究室,高级工程师。
文章编号:1001-4179(2002)06-0033-03三峡永久船闸工程变形监测设计综述叶 青(水利部长江勘测技术研究所,湖北武汉430011)摘要:三峡永久船闸是目前世界上规模最大、水头最高的多级船闸。
陡槽式双侧高边坡的稳定性是永久船闸设计的一项技术难题。
高边坡及建筑物的安全监测是船闸工程的一项重要内容,对船闸施工期和运营期的安全具有十分重要的意义。
永久船闸变形监测系统包括变形监测网以及高边坡、建筑物及基础两大部分的水平位移、垂直位移监测系统。
变形监测网又分水平位移监测网和垂直位移监测网。
高边坡变形监测包括表层和深部水平、垂直位移;船闸建筑物主要监测南、北坡侧闸墙的水平、垂直位移,监测重点部位在各级闸首;基础变形监测也分水平位移,垂直位移变形监测。
另外对船闸建筑物及基础变形监测设施考虑实施自动化监测。
关 键 词:永久船闸;变形监测;系统设计;三峡水利枢纽中图分类号:U641.78 文献标识码:A 永久船闸是三峡水利枢纽主要的过坝设施,年单向通过能力为5000万t ,总水头113m ,采用双线连续5级船闸方案。
船闸主体段第1闸首至第6闸首全长1621m 。
每线船闸均由6个闸首和5个闸室组成,左、右两线船闸中心线相距94m ,中间保留60m 宽的岩石隔墩。
船闸闸室有效尺寸为280m ×34m ×5.0m (长×宽×槛上最小水深),可通过万t 级船队。
每线船闸均由两侧输水隧洞输水。
船闸布置于长江左岸,在坛子岭与雷劈石之间深切开挖山体岩石形成的岩槽中修建。
人工开挖的边坡断面形态为下陡上宽的喇叭形(W 形),一般坡高70～120m ,最大坡高170m ,其中下部(船闸闸面以下)直立坡高为50～70m 。
第2、3、4闸首和闸室采用衬砌式结构,第1、5闸首和闸室以及第6闸首采用衬砌式与重力式组成的混合结构。
三峡工程船闸高边坡多点位移计形变分析
三峡工程船闸高边坡多点位移计形变分析摘要：根据三峡永久船闸高边坡多点位移计监测资料选取典型测孔进行回归分析。
结果表明，对边坡变形影响最大的因素是开挖因素，随着船闸闸槽的下挖，边坡临空面的水平地应力逐步释放，边坡高度逐渐增大，边坡边界条件发生变化，使得边坡岩体向临空面变形。
开挖强度越大、变形速率越大。
由于锚固措施的使用开挖结束后，岩体深层变形逐渐趋于稳定。
说明船闸边坡深层变形是稳定的。
关键词：三峡船闸边坡多点位移计形变分析1 工程概况三峡永久船闸为双线五级连续船闸，布置于枢纽左岸坛子岭左侧的山体中。
船闸轴线方向为SE110°58′08″，与坝轴线夹角为67°25′12″。
船闸线路总长6442m，主体结构段长1607m，闸室有效尺寸为280×34m。
两线船闸中心线相距94m，中间保留宽57m的直立岩体隔墩。
永久船闸是在山体中开挖深槽而形成的，两侧边坡开挖高度一般为70~120m，最高170m。
其中闸室段墙顶以下直立坡高50~70m。
开挖主要分两期完成，第一期为闸室墙顶以上部分的开挖，第二期为闸室直立坡的开挖。
一期开挖自1994年4月开始至1995年11月完成。
二期开挖自1996年4月开始至1999年4月全部开挖完成。
永久船闸直立坡的边坡岩体主要为闪云斜长花岗岩（γNPt），质地坚硬，结构较完整，结构面除一些随开挖而揭露的小规模的断层外，主要以一些原生、次生节理为主，部分节理面充填有花岗岩脉。
断层、节理面的产状以陡倾为主，以倾角65°~75°的结构面最为发育，结构面与边坡的夹角一般大于30°。
按照风化程度，永久船闸岩体从上到下依次为全强风化、弱风化、微风化及新鲜岩体，全风化层厚度约9~34m，弱风化层厚度约8~22m。
由于开挖深度大，运行条件复杂，对船闸边坡及中隔墩直立墙的变形稳定提出了较高要求，为此，工程上采取边坡喷护，打高强锚杆，施加预应力锚索，以及在两岸山体开挖七层排水洞进行排水，以降低地下水等工程措施，并布置了多点位移计、钻孔测斜仪等监测仪器，监测边坡岩体深部位移，本文将对多点位移计监测资料进行专项分析。
三峡永久船闸高边坡岩体长期变形与稳定研究上课讲义
三峡永久船闸高边坡岩体长期变形与稳定研究三峡永久船闸高边坡岩体长期变形与稳定研究2010年08月19日三峡永久船闸高边坡岩体长期变形与稳定研究孙钧（同济大学）摘要：三峡工程永久船闸高边坡岩体开挖后的长期变形与持续稳定控制是工程的关键技术之一，为此，进行的研究工作包括一些非常规岩石力学试验以及对边坡岩体外露表面和浅部岩帮进行变形监测，进而采用DEM、DDA等多种方法，按三期空间问题进行计算分析。
一些重要的结论和建议对设计与施工都是很有帮助的。
关键词：高边坡岩体；变形；稳定；三峡工程 1 工程概况三峡水利枢纽工程规模宏伟，技术复杂，居世界之最。
其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，五级船闸段的总长约1600m，连同上下游引航道全长达6456m，船闸闸室的净宽为34m，闸室之间保留有60m宽的中隔墩。
人工深挖山体土石方4 166万m3，垂直边坡最高达176m，一般也在50～120m左右，属高、陡边坡岩体，其持续稳定性和长期变形量的大小需要确切论证。
边坡岩性主要属闪云斜长花岗岩，新鲜岩体坚硬致密，完整性较好，中间夹有多处岩脉和捕虏体显露；表层风化壳较厚，其底板受地形和构造控制，起伏比较大，自上而下分别为全、强风化，中风化（放坡开挖部分）和弱风化以及微、新岩体（直立墙闸室部分）。
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，其中走向与船闸轴线交角＜30°的两组分属NWW和NEE组，构造岩胶结较差，对边坡稳定不利。
观测资料表明，上层地下水位于弱风化带内，属季节性裂隙孔隙水，对降雨反映敏感；中下层地下水属裂隙水，渗透性弱，日后受库水补给影响，呈动态变化。
除少数断续性裂隙密集带外，多数出水点均沿单个结构面或岩脉接触面出露，便于疏排。
边坡开挖以后，岩体应力重新分布，且在开挖爆破的动力作用下，在坡帮岩体内将形成卸荷松弛带和塑性屈服区，这些都对岩坡的稳定与变形发展不利。
三峡永久船闸建筑物在蓄水期的垂直变形分布模型分析
中图 分类 号 ：Ｕ６ １ ＴＶ６ ８１ ４； ９． 文献 标 识码 ： Ｂ 文章编 号 ：６ 一ｌ９ （ ０ ８）５ ０ ２ — ３ １７１ ０ ２ ２ ０ ０ — ０物 的垂 直变形 特征 。
三 峡 工程 双 线 五 级 船 闸是 在 海 拔 高 程 ２ ５ｍ ６ 的山 体 中 ， 人 工 开挖 、 固 支护 、 经 锚 混凝 土衬 砌 、 金
２ 监 测 点布 设及 观 测
为监视 船 闸建筑 物边 墙 及 中隔墩 的垂直 变 形 ， 在 闸墙顶 部 （ 图 １ 和基 础 布设 了大 量监 测 点 ， 见 ） 闸 墙顶 部 的垂 直 位移 按 国家 一等 水 准 测 量 的精 度 要 求施 测 ， 闸首 基础 的垂 直位 移用 静力 水 准仪 进行 自
ｍｅ ｔｏ ｈ ｏｐｏ ｔ ｒ ｎ ｎ ｈｐｌｃ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｒ ｍ ｈ ｒｔｌｃ ａ ｏｔ ｅｓｘｈ ｏ ｅ Ｔｈ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌｓｏ ｉｔｉ ｔｏ ｎ ｎｔ ｅｔ ｆ ｓｐｅ ｍａ ｅ ｔｓ ｉ ｏ ｋ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｆｏ ｔｅｆ ｓ ｏ ｋｈｅ ｄ ｔ ｈ ｉ ｔ ｎ ． ｅｃ ｌｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｆｄ ｓｒｂｕ ｉｎ ｉ ｉ ｏ ｍｏ ｅ ｈ ｗｅ ｈ ｈｅｖ ｒｉａ ｉｐ ａ ｅ ｎｔ ｆｓ ｐｏ ｋ ｓｒ ｃｕ ｅ ｈ ｕ ｄｂｅａｌｎ ａ ， ｅ ｅ ｈａａ ｔｒｓｉ ｈａ ｅｕ ｄｅ ｈ ｎ ｕ ｄ ｌｓ ｏ ｄ ｔａｔ ｅ ｔｃ ｌｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｈｉｌｃ ｔｕ ｔｒ ｓｓ ｏ ｌ ｉ ｅ ｒ ｔ ｏ ｖ ｎｃ ｒ ｃｅ ｉｔ ｃ ｎｇ ｎ ｒｔｅ ｉｆ — ｃ ｌ ｅ ｅ ｆ ｅ ｔｃ ｌｌａ ｆｅ ｅ ｅｖ ｉ ｍｐ ｕ ｍｅ ｔ Ｉ ａ ｔ ｔｉ ｈａａ ｔｒｓｉ ｓｍａ ｉｅ ｔｔｏ ｆｔ ｅｔｃ ｌｄｉｐｌｃ ｍ ｅ ｆ ｈ ｎ ｅｏ ｒｉａ ｏ ｄａｔ ｒｒｓ ｒｏｒｉ ｏ ｎｄ ｎ ． ｎｆ ｃ， ｈ ｓｃ ｒ ｃｅ ｉｔ ｗａ ｎ ｆｓａｉｎ ｏ ｖ ｒｉａ ｓ ａ ｅ ｎｔ ｅ ｖ ｃ ｈｅ ｏｔ
三峡永久船闸直立坡岩体变形监测与变形分析
三峡永久船闸直立坡岩体变形监测与变形分析
刘祖强;张潇;施云江
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2004(035)005
【摘要】众多不同类的监测仪器设备和长时间的观测资料,较全面地揭示了三峡永久船闸直立坡岩体的变形规律,在分析了大地测量点、滑动变形计、钻孔测斜仪和多点位移计的观测资料后,认为直立坡岩体整体稳定性良好.实测直立坡顶最大水平位移为32.72 mm;直立坡深层岩体的水平和竖向位移分布符合一般变形规律;统计模型分析表明,中隔墩侧直立坡岩体时效变形远小于边坡侧直立坡岩体;微新岩体上测点的时效变形小于强风化岩体上的测点.此外,北坡三闸首的观测成果说明,在槽挖结束后的第5个月开始浇筑混凝土是合理的.
【总页数】4页(P3-5,15)
【作者】刘祖强;张潇;施云江
【作者单位】长江水利委员会,三峡勘测研究院,湖北,宜昌,443003;长江水利委员会,三峡勘测研究院,湖北,宜昌,443003;长江水利委员会,三峡勘测研究院,湖北,宜昌,443003
【正文语种】中文
【中图分类】TV698.11
【相关文献】
1.三峡永久船闸直立坡锁口锚杆应力监测分析 [J], 徐卫军;李刚
2.三峡永久船闸水平位移变形监测及成果分析 [J], 吴瑕;郑敏
3.三峡永久船闸高边坡深层岩体变形分析与预测 [J], 刘祖强;裴灼炎;廖勇龙
4.三峡永久船闸高边坡变形监测设计及成果分析 [J], 裴灼炎;赵金麟;朱丽如
5.三峡永久船闸高边坡变形监测设计及成果分析 [J], 裴灼炎;赵全麟;朱丽如
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209 三峡永久船闸地面开挖施工质量控制及评价
文章编号：（2003）-02-09三峡永久船闸地面开挖施工质量控制及评价吕邦华（中南勘测设计研究院三峡建设监理中心）【摘要】永久船闸基本形态为二条平行的深槽，槽二侧均为90o直立边坡，整个边坡最大开挖高度176m。
监理对开挖施工阶段的质量控制按照事前控制、过程控制和终控三个阶段展开。
基础开挖完成后，基础验收工作分基础初验和终验两个阶段进行。
根据2851个单元工程的质量评定结果统计，合格率100%，优良率90.82%。
基础开挖工程质量属优良。
【关键词】三峡永久船闸地面开挖质量控制及评价1 工程概况1.1 工程简述永久船闸二期工程开挖为船闸主体段开挖，其基本形态为二条平行的深槽，槽宽37m（闸首段大于37m）。
二槽间保留有宽57m中隔墩，槽二侧均为90o直立边坡。
主体段开挖桩号为X=14980~16637。
整个开挖工程在上下游划分为二个标段，其标段分界线桩号为X=15631。
1.2 地质简况永久船闸区域岩体为闪云斜长花岗岩。
系强度高均一性好的酸性岩浆岩，但其中穿插有片岩捕虏体和多种岩脉。
槽挖岩体为弱下微新花岗岩。
船闸区为前震旦纪古老花岗岩，经受过多次地质构造运动，经受了多次损伤。
先期构造运动形成区内地质断裂，后期构造运动又形成新的断裂，使区域内断裂构造多达20组以上。
断层、裂隙、节理等结构面发育。
断层按走向可分为四组：NE-NEE组，NNW组，NNE组NW-NWW组。
断层破碎带除NNW组胶结较好外，余皆胶结较差。
裂隙发育的特征：陡倾角占70%以上，缓倾角不足10%。
但四闸首以下北东向缓倾角裂隙较多。
裂隙面平直稍粗型为主，无充填和钙质充填为主。
裂隙面紧密接触密合为主。
闸室底板水平地应力10MPa左右，方向NW40o，与船闸轴线交角29 o。
开挖后方向转向与船闸轴线近正交。
1.3 工程特点（1）永久船闸结构为岩锚+砼薄衬砌结构。
边坡最大开挖高度176m，为上缓下陡高边坡，下部直立墙最大高度67.5m。
开挖爆破施工引起边坡的松弛和影响高边坡的稳定。
最新三峡永久船闸68米直立墙边坡开挖锚固施工技术研究与应用概述
三峡永久船闸68米直立墙边坡开挖锚固施工技术研究与应用概述1.1 问题的提出三峡永久船闸是三峡水利枢纽三大主体建筑物之一，是“超世界水平的通航建筑物”；工程规模巨大，工程地形、地质条件复杂，工期紧、技术要求高、施工技术复杂、施工难度大；其土石方开挖量占三峡工程土石方开挖总量的40％，三峡工程的锚固工程量也主要集中在永久船闸。
永久船闸布置在大坝左岸坛子岭北侧的山体中，系在花岗岩山体中深切开挖修建，为双线连续五级船闸，由上下游引航道、闸室主体段、输水系统、山体排水系统组成。
船闸线路总长6442m，其中船闸主体段长1607m。
由于船闸主体段闸室全部位于新鲜基岩内，工程地质条件较好，设计思想是充分利用岩体自身的承载能力，采用陡高边坡，并设计为锚固－混凝土衬砌结构。
闸室高边坡最大开挖深度170m，两线闸室间保留宽57m的岩石中隔墩，闸室底部为高45～67.6m的直立墙，闸首和闸室采用衬砌式钢筋混凝土结构，小部分采用衬砌式钢筋混凝土结构与重力式混凝土结构组成的混合式结构，衬砌结构厚度：闸室为1.5m，闸首为12m；闸墙结构通过高强锚杆与岩体连接，与岩体共同受力。
由于船闸闸室采用薄混凝土衬砌结构，需依靠岩体维持结构稳定。
在中隔墩和两侧边墙岩体内各布置一条输水隧洞，每级闸首部位布置阀门井和检修门井，共36个；并在闸室两侧高边坡岩体内部设有7层排水洞与排水孔组成的排水帷幕。
对深挖高陡岩石边坡的稳定和变形量控制，采用山体排水、控制爆破、喷锚及预应力锚索加固等一系列措施。
永久船闸闸室典型断面如下图。
因此，船闸边坡不同于一般的人工陡高边坡，船闸直立墙是深挖路堑式双线双向垂直边坡，因深开挖形成四条受地应力大面积卸荷影响的长、陡、高边坡,是一种国内外理论和实践均无先例的深开挖、大面积卸荷特定情况下的人工岩石陡高边坡。
其主要施工特性和技术难题有以下几个方面：（1）地质条件较复杂，局部稳定性问题突出由于船闸边坡高度大、线路长、结构复杂且边坡为深切岩体等原因，对地质条件反映比较敏感，边坡局部稳定性问题突出。
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第23卷第7期岩石力学与工程学报23(7)：1061～1065 2004年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2004开挖顺序对三峡永久船闸三闸首中隔墩变形机制影响的研究*程国明王思敬(中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室北京 100029)摘要鉴于目前对中隔墩变形机制认识仍不统一，运用数值模拟方法研究了不同开挖顺序对中隔墩变形机制的影响，并进行了岩体参数的敏感性分析。
研究结果表明，中隔墩变形的主要影响因素是开挖顺序，中隔墩出现“一边倒”是由南北两侧开挖顺序不对称引起的；F215断层的存在对南侧位移大小有一定影响，但对南侧位移向北影响很小，不可能引起南侧位移向北；中隔墩“一边倒”需要满足一定的刚度和强度条件；中隔墩呈现“一边倒”并不表明其破坏、倒塌的趋势，相反，这种变形方式却表明中隔墩的整体刚度较高，呈弹性表现。
研究结果为科学地解释中隔墩变形机制提供了理论依据。
关键词水利工程，三峡永久船闸，中隔墩，变形，数值模拟分类号 TU 452，U 641.3+5 文献标识码 A 文章编号1000-6915(2004)07-1061-05STUDY OF EFFECT OF EXCA V ATION SEQUENCE ON DEFORMATION MECHANISM OF CENTRAL PIER OF THIRD PERMANENT SHIPLOCK CHAMBER OF THREE GORGES PROJECTCheng Guoming，Wang Sijing(Key Laboratory of Engineering Geomechanics，Institute of Geology and Geophysics，CAS， Beijing 100029 China)Abstract There are different points of view about the deformation mechanism of the central pier of the permanent shiplock of the Three Gorges Project. The influences of different excavation sequences on the deformation of the pier are investigated，and parameter sensitivity analysis is made by using FLAC. The numerical results show that the main influential factor for the deformation is the excavation sequence，and the abnormal deformation is caused by asymmetrical excavation sequence at two sides of the pier. It is also found that the existence of the fault F215 cannot result in northward displacement of the south side，and the abnormal inclination cannot occur unless the rock mass of the pier has relatively high stiffness and strength. It may be concluded that the occurrence of the abnormal inclination doesn’t indicate the failure or collapse of the pier. On the contrary，it demonstrates that the pier has high stiffness and behaves elastically. The results provide a theoretical basis for a rational interpretation of the deformation mechanism of the central pier.Key words water conservancy project，permanent shiplock of the Three Gorges Project，central pier，deformation，numerical simulation2002年11月7日收到初稿，2002年12月30日收到修改稿。
* 国家重点基础研究发展规划(973)(No.2002CB412702)项目资助课题。
作者程国明简介：男，1967年生，博士，1989年毕业于太原理工大学采矿工程专业，现在中国科学院地质与地球物理研究所博士后流动站做博士后研究，主要从事岩石力学与工程地质方面的研究工作。
E-mail：guomingcheng@。
• 1062 • 岩石力学与工程学报 2004年1 引言采用数值模拟方法进行三峡永久船闸高边坡开挖过程的数值模拟，已做了大量的研究工作[1～8]，但对于三闸首中隔墩的变形机制的研究却相对较少。
中隔墩在顶部以上岩体开挖卸载近100 m，两侧又下挖船闸的直立墙，临空面高达60 m，所以，它的变形和稳定性问题是永久船闸稳定安全的一个关键问题。
在施工过程中于1998年秋发现二闸室至三闸首的中隔墩不仅北侧向北位移，南侧上部也具有向北的位移，其南侧上部本应向南线闸室方向位移，现向北位移与正常情况不同，因此，引起了对中隔墩稳定性的疑虑[1]。
围绕中隔墩变形问题已有专家学者进行了研究和讨论，已有研究不同程度地增进了对中隔墩变形机制的认识，但是由于研究方法不同及认识上的差异，所得出的结论有些甚至是互斥的[1，2]；对于开挖顺序、断层、力学参数等中隔墩变形的影响因素，究竟那一种影响因素是第一位的，那些影响因素是次要，中隔墩“一边倒”需要满足怎样的力学参数条件，对于这样一些有关中隔墩的变形机制问题目前尚缺乏较为系统和深入的研究，对于中隔墩两侧“一边倒”现象的解释至今还没有被人们所公认和信服的理论依据。
施工过程是一个时空不断变化的过程，不同的开挖顺序对工程围岩变形有很大的影响[8～11]，而已有研究没有考虑不同开挖顺序对中隔墩变形方式的影响。
本文运用有限差分法FLAC3.30数值模拟软件[12]，研究了不同开挖顺序对中隔墩变形特征的影响，并进行了力学参数的敏感性分析，为科学地解释中隔墩变形机制提供了的理论依据。
2 数值模拟2.1计算模型及网格剖分计算模型选取17-17剖面为研究对象。
在水平方向取长度为500 m，垂直方向为290 m。
计算模型和网格剖分如图1所示，划分单元时，尽量做到减小单元的细长比，以提高运算精度。
同时，遵循照顾应力集中部位的原则，在开挖区域划分较为细密的单元，外部单元较为稀疏。
模型共划分11 200个单元，113 481个节点。
该模型侧面限制水平移动，底部限制垂直移动。
材料破坏采用摩尔-库仑本构关系。
2.2岩石力学参数与地应力数值模拟的力学参数采用文[1，13]建议的参数值。
在计算中考虑F215断层，损伤卸荷带岩体随开挖步骤不断弱化的性态通过改变网格单元的性质来实现。
数值计算力学参数见表1。
模型中，按岩体风化程度由上而下划分为全强风化、弱风化和微新岩体，其地应力按现场实测的地应力考虑[3，4]。
2.3不同开挖顺序对中隔墩变形方式的影响2.3.1 按实际开挖模拟(工况1)计算开挖步骤按实际的开挖步骤[3]，边坡南北两侧只在北侧(155～143 m高程)和南侧(155～135 m高程)开挖顺序不一致，即北侧滞后南侧开挖，而在其他高程两侧同时开挖。
图1 数值计算模型和网格剖分Fig.1 Calculation model and mesh第23卷第7期程国明等. 开挖顺序对三峡永久船闸三闸首中隔墩变形机制影响的研究 • 1063 •表1 岩层力学参数取值Table 1 Mechanical parameters of rock masses岩石类型容重/kN·m－3弹模/GPa泊松比内摩擦角/(°)粘聚力/MPa张应力/MPa全强风化26.5 0.3 0.35 36 0.2 0.2弱风化25 5 0.24 47 1.0 1.0微新风化27.0 35 0.20 60 1.7 1.5 F215断层25.0 1 0.30 35 0.5 0.5图2为开挖后中隔墩位移图。
由图可见，中隔墩北侧岩体位移向北，南侧的下部岩体位移向南，而南侧上部岩体(135～160 m高程)也向北侧位移。
中隔墩顶部位移向上。
图2 工况1中隔墩位移图Fig.2 Displacement of central pier in scheme 1中隔墩由于在两侧开挖，产生伸展变形，其量值可由中隔墩两侧位移迭加求得。
数值模拟结果表明，中隔墩水平伸展变形为32 mm，这与长江三峡工程开发总公司安全监测中心实测结果基本吻合[14]，表明模型所采用的力学参数是正确的。
按上述变形可以计算平均应变，按模型所采用的力学参数可求得：中隔墩顶部伸展应变为0.62×10－3；中隔墩顶部弹性伸展应变为0.33×10－3；中隔墩顶部裂隙张启应变为0.34×10－3。
上述计算结果与文[1]计算结果基本一致，从计算结果可以说明，中隔墩的变形不具倒塌、溃散的特征。
2.3.2 变换两侧底板高程(工况2)对中隔墩变形的一种观点是：船闸北侧紧跟滞后开挖的效应是，当南侧开挖时，中隔墩北侧开挖底板高程高，中隔墩刚度大，向南位移小。
紧接着北侧开挖，中隔墩刚度因南侧开挖已减小，向北位移大。
南侧每次开挖中隔墩的刚度较北侧开挖时大，所以，北侧开挖可带动南侧的向北位移。
为了验证上述观点，变换模型两侧底板高程，即南侧为155～143 m高程，北侧为155～135 m高程，其他条件不变。
模拟顺序仍为北侧紧跟滞后开挖，图3为改变两侧底板高程时中隔墩位移图。
由图可见，中隔墩上部(143 m高程以上)依然出现南侧北移，表明按现场的实际开挖顺序，两侧底板高程的改变不会引起位移方向的改变，这与上述观点是不同的。
图3 工况2中隔墩位移图Fig.3 Displacement of central pier in scheme 22.3.3 两侧同时开挖(工况3)边坡北侧155～143 m高程和南侧155～135 m 高程及其他高程，两侧同时开挖。