地下洞室围岩裂隙开裂判断方法及其应用

针对深部地下施工过程引起结构围岩损伤的现象,提出了可模拟裂隙开裂的新方法.根据断裂力学Griffith理论和经典的强度理论Mohr-Coulomb准则,得出材料在剪切和拉伸条件下裂隙开裂的判据;并且以离散元程序UDEC3.1为基础,应用其内嵌的FISH语言对软件进行二次开发,将该判据耦合到计算过程中.数值计算中,在UDEC块体(BLOCK)内部预设潜在节理面,根据潜在节理面的受力状态,依据判断准则判断节理面的开裂与否,节理开裂后利用其内嵌的节理模型(库伦滑动模型)模拟岩体中节理面的变形性质.把上述计算方法应用于某地下洞室群稳定性分析中,模拟在洞室开挖过程中,洞室围岩的裂隙扩展过程及其扩展状态,根据裂隙扩展情况来分析地下洞室围岩和结构的稳定性,有效的进行围岩支护,以确保洞室结构的稳定性;并将最终计算的位移结果与现场多点位移计的监测结果进行对比,二者吻合良好,验证了该计算方法的有效性.     

低地应力区地下洞室围岩变形破坏有限元数值模拟研究

低地应力状态对相关工程岩体变形破坏和稳定性有重要影响,以西安市黑河水利地下工程泄洪洞为例,采用弹塑性二维有限元法通过对低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏进行了数值模拟研究。模拟结果表明:低地应力区洞室围岩变形破坏主要发生在垂直方向,水平方向的规模和程度均不及前者,同时总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏规律及其特征。该项研究工作将有利于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理与稳定性,它对保障地下洞室工程的顺利进行起到积极促进作用,具有重要的理论研究价值和现实意义。     

节理岩体地下洞室稳定性的静动力响应分析

节理岩体地下洞室在地震作用下的安全响应是众多专家学者关注的问题之一,本文针对该问题采用三维离散元法研究节理地下洞室的稳定性,建立了一个含节理组的地下洞室模型进行分析研究。分别对洞室开挖后在常规荷载作用下的响应、洞室开挖后在地震荷载作用下的响应以及开挖支护后在地震荷载作用下的响应等三种工况进行模拟,得出了洞室在三种工况下的应力和位移变化情况。研究表明:地震对洞室的破坏非常大且时间短暂,支护后的洞室围岩能够使破坏时间延迟,在一定时间内增强了洞室围岩的抗震能力。本文的工作不仅对含节理的地下洞室开挖后的围岩变形和支护提供借鉴,而且对地下洞室和隧道的抗震设计具有指导意义。     

洞室围岩薄弱区三维数值模拟研究

洞室围岩破坏通常是从局部开始的，首先破坏的部位就是围岩的薄弱部位或关键部位。对薄弱部位及时加固将收到事半功倍的效果。围岩软弱层带和围岩应力集中是形成薄弱区的两种基本原因。围岩的薄弱部位既具有一定的规律性，又可因岩体结构特征、初始地应力场、洞室形态和洞轴线展布方向、开挖方式的不同而有所区别。对泰安抽水蓄能电站地下洞群围岩稳定性进行了三维有限元数值模拟研究，结果表明：围岩最薄弱部位有时可能在距洞端一定距离上：围岩稳定性分析中选择洞室中部垂直洞轴线剖面作为典型剖面进行稳定性分析，由此而获得的计算结果有时可能偏于不安全。对于复杂的大型地下洞室群，应采用三维数值分析方法进行模拟才能找出潜在的围岩薄弱区。     

陡倾柱状节理岩体洞室松弛特征与破坏机制

白鹤滩水电站柱状节理岩体具有特殊的柱体结构特征,洞室开挖后卸荷松弛破坏严重。通过对白鹤滩水电站4#导流洞柱状节理岩体现场破坏调查、位移和松弛深度监测,发现柱状节理洞室呈现典型的非对称破坏特征,不同部位松弛深度差异较大,左右侧边墙破坏模式受倾角影响,分别呈现倾倒破坏和滑移破坏。离散元数值模拟结果显示洞室表层围岩主要以柱间节理张拉破坏为主,内部围岩以剪切破坏为主,左右侧边墙不同的变形破坏特征是柱体倾角和地应力综合作用的结果。最后分析了不同柱体倾角对洞室变形破坏特征的影响,不同倾角下洞室各部位松弛深度差异显著,应根据洞室不同部位塑性区深度和柱体角度进行预应力锚杆设计。     

基于层状岩体卸荷演化的锦屏I级地下厂房洞室群稳定性与调控

 锦屏I级水电站地下厂房洞室群开挖支护设计与施工控制以及整体稳定性等问题十分突出,施工期已经明显呈现出高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏特征。根据锦屏I级地下厂房层状岩体力学特性,采用考虑卸荷演化的层状岩体本构模型及其数值模拟方法,反演获得初始地应力场以及层状岩体力学参数。在此基础上,对锦屏I级地下厂房洞室群进行三维数值模拟分析,获得一些对高应力下锦屏I级水电站大型地下洞室群施工期围岩稳定与支护安全等方面的认识,提出洞室群围岩应力释放调控、松弛区承载力调控以及变形开裂调控等适时工程调控措施与建议。研究结果表明,洞室群整体开挖完成后的现场监测结果和围岩稳定现状等证实了所提出的认识和调控措施的合理性,表明层状岩体本构模型及其数值模拟分析方法能够较好地反映高应力下层状岩体中大型地下洞室群施工期的工作性状。     

大型洞室群稳定性分析与智能动态优化设计的数值仿真研究

 为实现数值仿真计算结果能准确反映大型洞室围岩实际力学行为,结合锦屏二级水电站地下厂房枢纽洞室群稳定性分析,在阐述大型地下洞室群数值仿真计算要点基础上,首先重点从岩体本构模型识别和力学参数识别2个方面详细介绍如何实现数值仿真计算的正确化。采用考虑空间分布协调的多元监测信息的6次岩体力学参数跟踪识别,获得锦屏二级地下厂房岩体的等效力学参数,从而通过参数反分析的方法在一定程度上证明岩体等效力学参数具有相对稳定性和可识别性。同时,结合数值模拟展现出的围岩应力、变形、塑性区等方面计算结果与工程岩体的具体地质条件和洞室群结构特点,论述锦屏二级水电站地下厂房上游高边墙变形较大、下游侧拱围岩与喷混凝土破坏、母线洞环状开裂、交叉洞口局部塌落等洞室围岩的变形与破坏机制。最后,结合锦屏二级地下厂房枢纽洞室群稳定性分析与实践的研究认识,对大型地下洞室修建中诸如结构面密集的高边墙支护问题、围岩应力集中区支护问题、工程区地下水对围岩稳定性影响等问题进行论述,并探讨如何通过数值仿真计算、现场监测与经验丰富的专业人员的有机结合来实现大型地下洞室群稳定性设计的科学化。     

节理岩体中洞室围岩大变形数值模拟及模型试验研究

根据节理岩体的特性，按弹簧块体理论模拟节理岩体中大型地下洞室开挖与锚杆支护的变形特征。同时，开展了开挖条件下节理围岩变形特性和锚固效应的模型试验研究，得到不同初始地应力场条件下，大型地下洞室分步开挖和锚杆支护的围岩力学行为的变化规律，数值计算结果和实测结果所反映的节理岩体围岩的运动规律基本一致。     

锦屏一级水电站地下厂房洞室群稳定性分析与思考

 首先对修建于我国西南地区雅砻江干流上重要的梯级电站—— 锦屏一级水电站地下厂房洞室群的巨大规模、布置的复杂性,以及在极高地应力作用,和受到3条大断层及多组节理切割等复杂地质条件下,由于岩体强度较低及工程地质条件的不利组合,对地下厂房洞室群的稳定性提出的严峻挑战进行介绍。对该地下厂房洞室群施工中出现的远远超过同等规模的其他地下厂房的围岩变形,并表现出明显的时效性,还有衬砌开裂、围岩松动区持续加深、已经施工的锚杆锚索张力超限以及突然释放等各种特殊现象进行描述;然后从高地应力特点、岩体流变特性、变形特性等角度对这些现象产生的原因进行初步分析;最后针对上述情况对渐进性支护施工、分级控制锚索初始锁定张力、松动圈强化固结等若干对策的可行性进行探讨。     

地下洞室地震动态响应规律的影响因素分析

对含节理岩体地下洞室动态响应分析是一个非常复杂的问题,目前研究尚处于探索阶段,基于此应用离散元软件UDEC初步分析了地震荷载作用下,节理倾角、地应力特征以及地震波振幅、频率等因素对含节理岩体地下洞室动态响应的规律。分析结果表明:地震荷载作用下,拱顶位移在节理倾角小于45°时随倾角的增加而增加,大于45°时随倾角的增加而减小,而拱肩均在倾角为60°时位移最大。洞室各验算点位移均随侧压力系数的增加而减小,随地震波振幅的增加而增大。分析结果还表明在低频部分验算点位移随频率的增加而增大,在高频部分随频率的增加而减小。研究思路及结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义。