白鹤滩水电站主厂房第Ⅰ层开挖期围岩变形规律与机制研究

白鹤滩水电站地下洞室群规模宏大,厂房区构造应力高,地质条件复杂。主厂房第I层施工期,围岩变形和稳定问题突出。根据主厂房第I层开挖支护完毕后围岩变形监测资料,结合地质资料、施工情况,分析主厂房围岩变形规律与机制。统计分析得到,在高地应力和软弱地质构造控制下,围岩位移量值较大;由于右岸场区初始地应力大于左岸,右厂扩挖跨度大于左厂,且不良地质构造较左厂发育,右岸主厂房围岩变形量值普遍大于左厂;受初始最大主应力方向影响,左右岸主厂房拱顶和下游拱肩围岩变形普遍大于上游拱肩,且围岩变形较大部位均发育软弱构造带或岩体较破碎;围岩位移与开挖卸荷关系密切,监测断面附近开挖时,位移–时程曲线随开挖呈台阶式增长;岩体质量较好的洞段,掌子面的位移空间效应范围约一倍洞室跨度;软弱构造处,围岩变形在较长时期内随施工活动小幅跳跃增长,掌子面空间效应达到两倍洞室跨度;围岩时效变形不明显;软弱构造处围岩变形速率数倍于完整岩体。分析总结白鹤滩水电站地下厂房围岩变形规律对保障施工期安全和预测下阶段开挖围岩稳定性具有重要意义。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩变形与破坏特征分析

 结合地质、监测、物探及施工资料,对地下厂房施工期围岩的变形与破坏特征进行分析。分析结果表明,高地应力和低强度应力比条件下,围岩的变形不再主要由地质结构面的张开变形构成,由岩块破坏产生的变形所占比重增加。围岩的变形量级和松弛深度相对较大,边墙的主要松弛深度为12～15 m,部分大于15 m。围岩变形量级与松弛深度成正比,而松弛深度呈现出渐进扩展的趋势,因此变形的时效性应理解为围岩破坏的渐进扩展过程,与常规的流变概念存在差别。主厂房及主变室下游拱腰部位混凝土喷层鼓胀性裂缝是层状岩体在高应力条件下的卸荷劈裂和向临空面的屈曲破坏的结果,这种破坏导致下游拱脚部位位移测值的增大。主变室上游边墙混凝土喷层裂缝表现为张性开裂,主要原因是母线洞开挖后岩体应力集中导致的岩体压裂破坏。在高地应力条件下,地下洞室群开挖是否可采用“先墙后洞”的施工方案是一个值得探讨的问题。     

猴子岩水电站地下厂房洞室群施工期围岩变形与破坏特征

猴子岩水电站地下厂房洞室群具有高地应力、低强度应力比的特点,在施工过程中出现严重的变形破坏现象。结合地质、监测、检测及施工资料对施工期围岩的变形与破坏特征进行分析,分析结果表明：主厂房、主变室及尾调室围岩位移大于50 mm的测点分别占17.2%,27.3%和9.4%,三大洞室围岩变形处于较大水平,远超其他电站同期水平。最大位移出现在III 1类围岩处,表明高地应力条件下,较完整硬岩产生的卸荷回弹变形较大,岩石本身破坏产生的变形所占比重增加。围岩变形深度为5～15 m,最大可达23 m,相对较大;围岩变形与开挖卸荷关系密切,呈“阶跃式”发展。围岩变形破坏以应力重分布起主导作用的应力驱动型为主,由结构面不利组合控制的重力驱动型不再占主导地位。研究猴子岩地下厂房洞室群围岩变形破坏机制对其施工及运营安全具有重要的工程意义。     

陡倾角沉积岩地层中大型地下厂房开挖围岩 变形失稳特征和反馈分析

 介绍彭水水电站地下主厂房洞室施工过程中高边墙围岩的变形破坏特征、相应的加固处理措施以及围岩监测成果等;在此基础上,开展主厂房围岩施工期的动态反馈分析。研究结果表明：对于陡倾角层状岩体中开挖的大型地下洞室群,围岩中分布的软弱结构面和岩层层面对上、下游边墙的变形与稳定起着控制性作用,陡倾角、顺向岩层组合的高边墙其变形失稳模式以典型的滑移破坏为主;而陡倾角、逆向岩层组合的高边墙则以沿层面的张裂、折断、倾倒变形后的坍塌破坏为主。通过开展施工期围岩监测反馈分析,为彭水水电站地下厂房的动态设计和信息化施工提供了重要依据。     

母线洞开挖时序对围岩位移的影响效应

以瀑布沟水电站地下厂房和溪洛渡水电站地下厂房为背景,以主厂房为研究对象,基于施工期围岩位移监测资料,借助数值模拟,分析母线洞采取不同开挖时序对围岩位移的影响。首先,借助监测成果,分工程部位(顶拱、岩锚梁、上游边墙、下游边墙)对比分析母线洞开挖采取先墙后洞和先洞后墙2种施工时序下围岩位移情况;然后借助数值计算,对II,III类围岩在高、中、低3种不同地应力条件下母线洞开挖分别采用先洞后墙和先墙后洞2种开挖过程进行模拟。综合分析现场监测成果及数值模拟结果,得出的结论为：母线洞施工时序对围岩位移的影响,主要体现在岩锚梁层及以上部位,其中以下游岩锚梁部位影响最大;从控制围岩位移的角度讲,当低地应力时,施工时序不同造成的影响差异不大,在中、高等地应力状态下适合采用先洞后墙的施工时序。作为与地下厂房相贯的洞群,施工时机的合理性具有工期控制及围岩稳定双重意义,不同地质条件下母线洞开挖时序的影响效应值得深入探讨。     

官地地下厂房洞室群施工期围岩位移特征分析

对官地水电站地下厂房洞室群施工期围岩位移特征进行分析,以主厂房为例,研究结构面对位移的影响和位移随时间曲线的变化规律。分析表明：地下厂房围岩位移为0～20 mm,位移较大部位出现在主厂房边墙中上部和岩锚梁部位。开挖揭露量级较大部位的位移主要受到错动带控制,施工期洞室最大位移达到61.49 mm,结构面附近的张开位移是该部位的主要位移。锚杆和锚索对围岩位移起到很好的约束作用。位移主要发生在开挖施工期间,且随开挖过程表现出典型的阶跃上升特征;开挖施工结束后围岩位移收敛速度较快,围岩位移的时效特征不显著,洞室群稳定状况良好。     

杨房沟水电站地下厂房围岩稳定分析

杨房沟水电站地下厂房是典型的大跨度、高边墙地下洞室群,工程区地质条件较复杂,高边墙及洞室间岩柱的稳定性是洞室设计的关键。根据地应力测试数据,采用边界位移条件回归方法,构造出厂区初始地应力场。采用FLAC3D软件对洞室群围岩稳定进行计算分析,获得洞周围岩变形与应力特征、塑性区分布及支护结构的受力状态,对地下厂房洞室群围岩稳定性做出评价,为洞室设计提供了科学依据与技术指导。     

江垭水电站地下厂房洞室围岩稳定性监测与分析

江垭水电站地下厂房在施工过程中主厂房上游边墙和下游边墙曾出现过有害变形而影响围岩稳定问题,经洞室围岩原位监测成果与有限元计算成果对比分析,认为经工程措施处理后的地下厂房洞群围岩整体上是稳定的。     

向家坝水电站大型地下厂房洞室群施工和监测

 金沙江向家坝水电站地下厂房规模庞大,具有结构尺寸大、地质条件复杂、支护工程量大、施工干扰大等特点。通过大量的科研设计,确定地下洞室群尤其是主厂房的施工程序和支护参数。在施工过程中采用精细化管理对施工进行严格控制,建立设计、科研、施工一体化的实时监测动态分析反馈系统。开挖结束后,主厂房围岩变形趋于稳定,顶拱最大变形13.36 mm,边墙最大变形6.74 mm,均小于设计计算值(顶拱最大位移20.4 mm、边墙最大位移62.5 mm),并小于国内同类工程。总结向家坝水电站大型地下厂房洞室群施工实践中形成的设计、施工和项目管理原则和程序,对类似工程具有指导和借鉴作用。     

瀑布沟电站地下厂房洞室群施工期监测分析

瀑布沟水电站地下厂房洞室群包括6条引水隧洞、地下厂房、主变室、尾调室和2条尾水隧洞,布置于大渡河左岸花岗岩山体中.本文在简介洞室群布置、工程地质条件、监测设计和实施情况的基础上,着重分析了地下厂房、主变室和尾调室等三大洞室的变形量级与变形特征,评价了洞室群的稳定性.瀑布沟水电站地下厂房洞室群围岩质量整体较好,变形一般小...     

猴子岩水电站深埋地下厂房开挖损伤区特征分析

 以猴子岩水电站地下厂房为研究对象,利用常规测试和微震监测技术,对开挖过程厂房高边墙围岩损伤区进行现场原位试验。基于一系列常规测试和微震监测结果分析,揭示了围岩变形破坏特征,得到厂房开挖卸荷过程围岩裂隙的萌生、发育和扩展的演化过程,分析了围岩开挖损伤区范围、裂隙演化与施工动态之间的相互关系,探讨了开挖损伤区的形成和演化机制。研究结果为猴子岩水电站地下厂房开挖、支护设计、围岩变形特性和地质资料分析提供了参考依据。相关研究工作作为地下厂房开挖、支护参数设计的重要依据,取得了较好的经济效益,对类似地下工程的设计施工有一定的参考价值和借鉴意义。     

Understanding the failure mechanism of a large underground cavern in steeply dipping layered rock mass using an enhanced ubiquitous-joint model

To understand the mechanical behavior and failure mechanism of the surrounding layered rock masses during the excavation of underground caverns for a hydropower station, an enhanced equivalent continuum model based on the ubiquitous-joint concept is developed and compiled as a plugin DLL file in FLAC^3D. This model is then applied to analyze two engineering geological issues arisen during the excavations of a large underground powerhouse. Both cases are the typical responses controlled primarily by the internal structure of layered rock mass. The first case is mainly concerned with the continuous increase in the displacement of the upstream sidewall after removal of an auxiliary tunnel crown. Numerical simulation reveals the mixed shear-tensile fractures developed along bedding planes. The preserved crown thickness can affect the maximum displacement of sidewall. Failure region will progressively deepen into the interior if no effective reinforcements are adopted. The second case exhibits as the gradual cracking or slabbing of the shotcrete at downstream roof. Stress concentration is the main cause of shotcrete cracking as shown by numerical simulation. The degree of stress concentration can be influenced largely by the angle between rock strata and cavern axis. This degree also varies with the initial stress level and with excavation process, which is confirmed by field monitoring data. The validity and capability of the newly developed model are thus verified by the actual engineering issues.

     

瀑布沟水电站地下厂房洞室群施工期围岩位移特征分析

 根据监测资料分析地下厂房洞室群的整体变形量级及空间分布情况。结合地质资料和开挖施工进度,以主厂房为例,从位移量、深度规律、位移速率等方面分析地质因素和施工因素对位移的影响,及二者的相互影响效果。研究结果表明：主厂房变形较大部位集中在岩锚梁部位和下游边墙;上游断层影响效应不明显,下游有无断层部位位移量差异较大,临近部位交叉施工对下游围岩位移影响较大,施工因素强化了地质因素的影响力度;变形是多种因素共同作用的结果,而地质因素和开挖施工是变形产生、发展的主要影响因素;地质条件差的部位变形较大的规律并不完全正确,施工不当的会加大结构面的影响效果,使围岩位移加剧,即使在无结构面的情况下,也会造成围岩大变形;一般断层通过的部位变形表现为“张开”位移,变形在穿过结构面部位差异明显。断层对变形的规律也是复杂多样,与其强度和所处位置有很大关系,有待进一步的研究。爆破是开挖施工的主要手段,其技术研究有很高的学术价值和经济意义。       

锦屏I级水电站地下厂房施工期围岩变形开裂特征及地质力学机制研究

 锦屏I级水电站是雅砻江流域最为重要的控制性梯级电站。地下电站的规模巨大并且赋存的地质环境条件十分复杂,特别是岩石的相对低强度和高地应力特征,地下电站在施工过程中遇到前所未有的有关围岩稳定及支护设计方面的难题。结合地质、监测、物探、施工及试验资料,分析地下厂房洞室群围岩及支护结构的变形开裂及破坏失效的特征。探讨地下电站区的地应力状态、岩体结构、岩石的加卸载力学特性等对围岩变形开裂的影响规律,解释围岩变形破坏的地质力学机制。高地应力及其方向使得主厂房和主变室下游侧围岩(特别是拱腰)的切向应力加载效应明显,易于压致劈裂,而上游侧边墙等法向应力卸荷强度较大,易于卸荷拉裂松弛。高应力条件下破裂围岩具有一定的流变特性,表现出由表及深的渐进性特征,反映随围岩松弛而发生的破裂岩体的时效变形。主厂房和主变室上游侧为缓倾角顺向坡而下游侧为反向坡,在二次应力场作用下下游侧易弯曲折断而上游侧很难剪切滑移。厂房区大理岩具有相对低强度高脆性力学特性且具有较低的应变强度特征,卸荷条件下易于压致拉裂。     

白鹤滩水电站地下厂房开挖过程微震特征分析

 白鹤滩水电站左岸地下厂房规模巨大,开挖卸荷导致局部围岩破坏问题突出。为研究开挖扰动下围岩破坏演化机制及变形机制,通过构建微震监测系统,开展地下厂房开挖卸荷过程微震实时监测。监测结果表明：(1) 微震活动与爆破开挖密切相关,地下厂房第一层开挖过程中,形成3个潜在失稳区域：主厂房4#与5#机组之间下游侧拱肩、主厂房6#与7#机组之间上游侧拱肩和主厂房8#机组顶拱至主变室顶拱的条带状区域。(2) 开挖强度以及断层构造主导下聚集的微震事件矩震级、Es/Ep等参数特征有所差异,由此引起的围岩潜在破坏形式不同,微震活动特征可为微震聚集区围岩提供针对性施工参考。(3) 局部围岩外观变形前的数日内,微震事件在该区域迅速聚集,同时视应力显着增加,累积视体积基本稳定。研究结果可为白鹤滩水电站左岸地下洞室群后期开挖和支护提供重要参考。     

某电站模型洞围岩位移反分析及预测研究

张河湾抽水蓄能电站位于河北省井陉县测鱼镇甘陶河干流上。电站安装4台单级混流可逆式水泵水轮机组,总装机容量为1000 MW。地下厂房开挖尺寸(长×宽×高)为151.1 m×23.4 m×48.3 m。为进一步研究地下厂房围岩稳定性和优化设计参数,在地下厂房近旁进行了模型洞围岩观测试验研究,依据模型洞围岩收敛位移、钻孔多点位移、锚杆应力观测结果,进行了反分析,计算结果:水平应力2.52～2.88 MPa,应力比值0.7～0.8,弹性模量26.0 GPa。依据反分析的围岩初始地应力及变形参数,对主厂房及主变室围岩位移及应力分布进行了预测,结果表明,围岩变形均较小,且与地下厂房围岩位移实测值一致性较好。     

汶川地震对映秀湾水电站地下厂房的震害影响及动力响应分析

 映秀湾水电站是汶川“5.12”大地震距离震中最近的水电工程,该电站已投产多年,震时受到严重影响,地震影响烈度高达XI度。首先,根据震后现场考察,分析地下厂房受到的震害影响。调查表明,震后的映秀湾地下厂房围岩总体稳定,但主厂房内出现了局部震损现象,造成吊车无法正常运行;母线洞和交通洞与主厂房的交口处有外漆脱落、围岩轻微开裂现象。然后,根据距离震中最近的强震测站卧龙台在主震时监测到的数据,运用通用软件FLAC3D,对映秀湾地下厂房进行了动力响应分析。计算结果表明,地下厂房上、下游边墙在极短时间内发生的横向变形变幅分别达到5.4和3.0 cm,边墙部位围岩拉应力超过围岩抗拉强度,出现拉裂。动力响应分析结果与现场震损考察所反映的基本规律相符,可以从数值分析的角度大致解释在震害调查中所发现的震损现象,为水电工程震后修复加固和相关科研提供参考。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。