2022年核电工程项目倾斜层状岩石地基横观各向同性分析 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 核电工程倾斜层状岩石地基横观各向同性分析-工程论文 核电工程倾斜层状岩石地基横观各向同性分析 艾鸿涛 AI Hong-tao （上海核工程讨论设计院,上海 200233 ）摘要：以某核电工程工程地岩土工程勘察为实例,从地质特点、地基岩石力学 性质指标、地基岩体不同方向模量变化特点和地基岩体不同方向波速变化特点等静态和动态方面对倾斜层状岩石地基地横观各向同性进行了分析评判 .结果表 明,本核电工程核岛地基在平行于水平方向上是各向同性地,在核岛地基基础 设计分析中可简化为均质成层地基 . 关键词：核电工程；岩石地基；横观各向同性；各向异性系数 文献

2、标识码： A 中图分类号： TU43 文章编号： 1006-4311 （2022 ）17-0214-04 作者简介：艾鸿涛（ 1983- ）,男,湖北应城人,工程师,主要从事核电工程 岩土工程勘察设计工作 . 0 引言 由于岩体地强度较高、刚度较大,岩体作为一般建（构）筑物地地基一般均可以满意上部结构荷载要求,不会显现过量变形或破坏地可能性 .但岩体内地结构面等情形会影响岩体地基地匀称性.目前,国内核电工程多采纳岩体地基作为核岛自然地基持力层 .在进行核岛基础及上部结构设计分析时,需同时从静态和动 态等方面进行分析,静态方面地分析包括地基承载力、变形和稳固性等,动态方面地分析主要包括地基- 结

3、构动力相互作用运算分析等.假如地基岩体内地层面或结构面等存在较大地不匀称性和各向异性,就地基岩体在上部荷载作用下名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 地应力分布、变形特性、承载力和抗震分析方面均存在较大地复杂性 .假如地基 岩体在水平方向上是各向同性地（横观各向同性）,就可简化为均质成层介 质,相应地核岛地基基础分析和评判工作可相应简化 . 由于岩体内部结构面地存在,一般具有肯定地各向异性,很多讨论者从波速、强度和变形等方面对岩石地各向异性进行了较多地试验讨论 14 ,得到了岩 石各向异性地一些规律性熟悉,也熟悉到各向

4、异性对工程工程存在影响 5 ,但 从工程应用角度对建（构）筑物地地基岩体地各向异性或匀称性地评判方法研 究并不多 .现有地文献资料也大多集中于地基土地匀称性方面,国内地相关标准）6 和建 规范,如岩土工程勘察规范（2022 年版）（ GB 50021-2001 筑地基基础设计规范（GB 50007-2022）7 对地基地匀称性有明确地规 定,但均没有详细地评判准就,高程建筑岩土工程勘察规程（JGJ 72-2004 ） 8 对地基匀称性评判提出了量化地评判准就,但并不适用于岩石地基 .国内石振明等对某重大工程地岩体地基从地质构造、波速、承载力和沉降等方 面,并结合 Hoek-Brown 准就对岩

5、体地基匀称性进行了分析讨论 9 ,为岩石 地基地匀称性评判供应一个分析实例 . 本文拟通过某核电工程工程地岩土工程勘察实例,从静态和动态方面对倾斜层状岩石地基地横观各向同性（取横观各向同性平面平行于水平面）分析方法进 行初步探讨,以期从静态和动态等角度进一步丰富对岩体地基各向同性评判方法地熟悉 . 1 工程简况 某核电工程工程地处某内陆省水库岸边,主厂房区原地貌单元属丘陵地貌区,山体呈长垄状,山体整体走向为北东-南西向 .现场地已整平,原始地貌被剥除名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 或掩盖 . 主厂房区域场地内地层

6、包括第四系人工填土层（仅局部分布）和上白垩统-第 三系地灰质砾岩、砂砾岩和泥质粉砂岩 . 厂址区地质构造主要为节理裂隙、层理和一个位于主厂房外地前第四纪微小断 裂.依据工程地质测绘与钻探揭露,主厂房区总体裂隙不发育,分布稀疏 .依据统计结果,主要发育两组节理裂隙,一组节理15 35 76 （倾向倾角）,另一组节理 130 160 75 （倾向倾角）.场坪标高以下 4.0m 左右范畴内,节理裂隙较为发育,岩体在深部节理裂隙不发育,节理平直,节理面粗糙,多呈闭合状,结合一般 .上白垩统第三系岩层详细表现为向北西倾斜,层面倾向NW320 NE30 ,倾角10 30 ,灰质砾岩层理面间距为0.51.0

7、m ,局部大于 1.0m ；砂砾岩和泥质粉砂岩层理面间距为0.21.0m ,局部大于 1.0m. 另外,依据工程地质测绘、钻探和物探等手段综合分析,在主厂房基础底面标高 以下未发觉岩溶作用 . 厂址区水文地质条件简洁,地下水类型主要为基岩裂隙水和部分岩溶裂隙水 . 基岩裂隙水含水岩组为上白垩统- 第三系地砂砾岩和泥质粉砂岩 .基岩裂隙水地-第三系 赋存主要受构造裂隙和风化裂隙掌握,岩溶裂隙水含水岩组为上白垩统 地浅部灰质砾岩 .场坪标高以下 0.0 4.0m 左右范畴内岩体较破裂,岩体节理裂 隙发育,节理张开度较大,为地下水供应了肯定地活动和赋存空间,形成了暂时相对统一地地下水位；深部微风化岩

8、体节理裂隙总体不发育,多呈闭合状,基岩裂隙水和岩溶裂隙水只在局部范畴内连通而构成互不联系地脉状含水系统 及其它呈封闭状态地微小水体,无统一分布稳固地地下水位,形不成完整地地名师归纳总结 下水体 .地下水径流途径、速度受地势条件掌握,最终排入厂区边地水库. 第 3 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2 倾斜层状岩石地基横观各向同性分析在核岛地基基础地静态和动态设计分析中,对地基岩土体地建模是一个重要地方面,地基地特性直接打算了后续地运算分析.一般地,假如地基岩土体是水平层状匀称地,就可以使后续地运算模拟相对比较简洁；而假如地基岩土体是各

9、向异性地,就会为后续地运算分析带来较大地困难,特殊是在地基- 结构动力相 互作用运算分析方面 .因此,在岩石地基横观各向同性分析中需同时考虑静态和 动态方面地特性 . 在本讨论中,以本核电工程地 为一个整体箱型基础,基础埋深为1 号核岛地基为例,本核电工程工程核岛基础 12m ,其在平面上为一个不规章地势状,长约 78m ,最大宽度约 49m. 结合本工程厂址岩土工程勘察试验成果,从地基地 质特点和地基岩石力学性质指标、地基岩体模量（静态）以及地基岩体波速（动态）等方面对本工程核岛地基地横观各向同性进行分析讨论 .在分析讨论 中,取横观各向同性平面平行于水平面 . 2.1 依据地质特点和地基岩

10、石物理力学性质指标进行分析 依据岩土工程勘察成果, 1 号核岛基础底面以下主要为微风化砂砾岩和微风化泥质粉砂岩 .从核岛基础底面工程地质切面图（图1）看,在基础底面标高处,微风化砂砾岩区域和微风化泥质粉砂岩区域约各占一半；从核岛区域钻孔看,在基础底面以下较深处（基础底面标高以下约 25m 至更深处）泥质粉砂岩主要以夹层地势式显现,厚度不一,分布不稳固,局部尖灭 . 依据工程钻探与地质测绘,两类岩体层面间接触紧密,地基岩体总体上裂隙不发育,裂隙多呈闭合态,地基岩体中未发觉脆弱结构面.两类岩体完整程度均为名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - -

11、- - - - - 较完整完整地岩体 .微风化砂砾岩岩体基本质量等级一般为级,微风化泥质粉砂岩岩体基本质量等级一般为级,略有差别 . 依据室内试验试验成果,两类岩石地部分基本物理力学性质指标见表 1.从表 1可以看出,两类岩石主要地物理力学方面地指标比较接近,变化不大 . 依据现场钻孔弹性模量测试成果,微风化砂砾岩变形模量为 4.64GPa ,微风化泥质粉砂岩变形模量为2.33GPa. 依据岩石地单轴饱和抗压强度按建筑地基基础设计规范（ GB50007-2022）运算得到地两类岩体地基承载力特点值见表 2.由表 2 可以看出,微风化岩石地地基承载力均很高,均远大于核岛地基承载力（约 500kP

12、a ）地要求,且地基岩体地变形模量很大,核岛采纳微风化岩石作为自然地基持力层,不会发生地基地不匀称压缩变形.依据现场波速测试成果 , 风 化 砂 砾 岩 剪 切 波 速 为 1569m/s； 微 风 化 泥 质 粉 砂 岩 剪 切 波 速 为 1541m/s ,两者很接近,从抗震惊力分析来看,可将两类岩体作为匀称综合体 . 从上述分析可以看出,虽然核岛地基存在两种不同岩体,但两类岩体接触紧 密,从岩体工程地质特点以及地基力学性质指标来看,两类岩石在工程地质特征、基本物理性质、水理性质、抗剪强度、承载力、变形指标和动态性质指标 等方面差别不大 .另外,由于本工程并不涉及高寒、高温或地温反常区域,

13、岩石 热学特性不会影响本工程工程地论证设计,依据工程试验体会,同属于沉积岩地两类岩石地热学性质指标差别也不大 水平面方向内是匀称地 . .因此,从工程应用角度来看核岛地基在 2.2 依据地基岩体不同方向模量特点进行分析名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 岩体模量反应了岩体地变形特点,假如岩体在不同方向存在各向异性,就其在不同方向地变形特点也会存在差别 . 在岩土工程勘察过程中, 1 号核岛区布置 5 个钻孔地不同深度进行钻孔弹性模量测试,为了评判地基岩体地各向异性,在每个钻孔内进行两个方向地测试,测试方向按大致顺岩层

14、走向235 和垂直岩层走向 325 进行.通过可移动地探头,对钻孔孔壁施加径向压力,测出岩体在压力作用下产生地变形量,依据岩体压力与变形关系曲线求出岩体地弹性模量和变形模量.测试时,将钻孔弹模仪放置到所需试验部位深度,先加肯定地压力值（5MPa ）,使承压板顶住孔壁,测读位移传感器及压力表地初始值.在钻孔弹模测试地结果整理时遵循以下原就：小于 5MPa 地压力段定义为贴壁压力,不予考虑；以 550MPa 压力段地割线模量定义为变形模量 . 将垂直岩层走向变形模量 E01 和顺岩层走向变形模量 E02 地比值定义为各向异性系数 ME ,即依据钻孔探模测试结果,对核岛基础底面以下岩体地各向异性系数

15、 ME 进行统计,结果见表 3.由此可知,核岛基础底面以下微风化砂砾岩地各向异性系数ME 地变化范畴为 0.68 1.63 ,平均值为 0.96 ；微风化砂泥质粉砂岩地各向异性系数 ME 地变化范畴为 0.73 1.38 ,平均值为 0.92 ；将两种岩体进行综合统计,各向异性系数 ME 地变化范畴为 0.68 1.63 ,平均值为 0.96. 因此,核岛基础底面以下岩体地各向异性不明显,可将其在水平方向作为各向同性体 . 2.3 依据地基岩体不同方向波速特点进行分析名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 岩体地剪切波速

16、反应了岩体地动力性质,是地基- 结构动力相互作用运算分析地重要参数 .假如岩体在不同方向存在各向异性,就其在不同方向地动力特点也 会存在差别 . 在岩土工程勘察过程中, 1 号核岛区布置了两组方向相互垂直地测试孔组,采 用“ 一发双收” （在一个钻孔中激发地震波,在激发孔同一侧地两个钻孔中接 收地震波）地型式进行测试,一组布置方向与岩层地走向近似平行（XK20 XK20-1 XK18 ）,另一组布置方向与岩层走向近似垂直（XK12 XK12-1 XK18 ）,见图 2.测试时震源和接收检波器在每一测点都保持同一标高,每 1m 一个测试点；钻探过程中对每个钻孔进行孔斜测量,利用孔斜数据对同一标高

17、 地每个测点地距离进行校正,保证地震波在两个接收点之间地传播时间和传播 距离地精确性,从而获得精确地波速数据 . 将垂直岩层走向变形模量 Vs1 和顺岩层走向变形模量 Vs2 地比值定义为各向 异性系数 MS ,即依据跨孔波速试结果,各向异性系数MS 随测试深度地变化曲线见图3.由此可知,核岛基础底面以下岩体地各向异性系数MS 地变化范畴为0.86 1.085 ,平均值为 1.02 ,各向异性不明显 . 2.4 横观各向同性综合分析 从上述各方面地分析讨论可知：虽然本工程核岛地基存在两种不同岩体,但两类岩体接触紧密,在工程地质 特点、基本物理性质、水理性质、热学性质和抗剪强度等方面差别不大；名

18、师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在强度和变形特性方面,两类微风化岩石地地基承载力均很高,均远大于核岛地基承载力（约 500kPa ）地要求,且地基岩体地变形模量很大,核岛采纳 微风化岩石作为自然地基持力层,不会发生地基地不匀称压缩变形；在动态抗震分析方面,两类微风化岩石地剪切波速分别为1569m/s和1541m/s ,两者很接近；核岛基础底面以下岩体地变形模量地各向异性系数变化范畴为 0.68 1.63 ,平均值为 0.96 ,各向异性不明显；核岛基础底面以下岩土地剪切波速地各向异性系数变化范畴为 0.86 1.0

19、85 ,平均值为 1.02 ,各向异性不明显 . 由此可知,虽然本工程核岛地基为倾斜层状岩体,但地基岩体在地质特点、静 态和动态方面在平行于水平面方向地各向异性并不明显,从工程应用角度来看可作为横观各向同性岩体,从而简化后续核岛地基地静态以及抗震分析评判 . 3 结论 通过某核电工程工程地岩土工程勘察实例,对倾斜层状岩石地基地横观各向同 性进行综合分析评判,得到如下结论和熟悉：在核岛岩体地基横观各向同性分析中,不仅应从静态方面进行分析,仍应考虑地基岩体地动力学特点 . 地基岩体不同方向地模量特点和波速特点是分析横观各向同性地重要方面 . 从地质特点、地基岩石物理力学性质指标、地基岩体不同方向模

20、量特点和地 基岩体不同方向波速特点等静态和动态方面对倾斜层状岩石地基地横观各向同 性（取横观各向同性平面平行于水平面）进行了分析评判,得出本核电工程核岛地基在平行于水平方向上是各向同性地,在核岛地基基础设计分析中可简化名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 为均质成层地基 . 参考文献： 1 邓涛,杨林德 .向异性岩石纵、横波地波速比特性讨论 学报, 2006 ,25（10 ）： 2023-2029. J. 岩石力学与工程 2 王如宾,张玉,张治亮 .坝基各向异性岩石力学特性试验讨论 J.三峡高校学报（自然科学版）, 2

21、022 ,32 （2）： 5-10. 3 郑达,巨能攀 .某水电站坝址千枚岩地岩石强度各向异性特点 J.成都理工大学学报（自然科学版）,2022 ,38 （4）：438-442. 4 严蓬蓬,陈宇,沈建国,等.用横波波速测定岩石地各向异性J.测井技术,2003 ,27（5）： 356-359. 5 杨令强,武甲庆,秦冰 .横观各向同性层状岩石地基对高拱坝地影响 J.水资源与水工程学报, 2007 ,18 （3）：6-9. 6GB50021-2001,岩土工程勘察规范（2022年版） S.北京：中国建筑工业出版社, 2022. 7GB50007-2022,建筑地基基础设计规范S.北京：中国建筑工业出版社,2022. 8JGJ72-2004,高程建筑岩土工程勘察规程S.北京：中国建筑工业出版社, 2004. 9 石振明,王友权 .某核电工程岩体地基匀称性评判 2022 ,37（3）： 59-62. J.水文地质工程地质,名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页