地下厂房洞室群施工期围岩变形及破坏特征分析

简要介绍了锦屏一级水电站地下厂房洞室群的工程地质条件、施工期安全监测方法。对围岩变形监测成果进行了统计分析,对围岩变形规律及特点进行了研究。结合施工开挖及地质条件,对围岩变形过程、时效行进行了探讨。经过分析认为厂房地下洞室群围岩变形破坏机理复杂,与岩体强度、应力场分布、岩体工程地质特性、洞室群规模和形状、开挖方式、支护时机和强度等多种因素有关,其中地应力高的大理岩岩体强度相对较低是施工期围岩变形破坏的主要原因。提出了增加开挖层数、减少开挖层高、相邻洞室错层开挖、增加对穿锚索及降低锚索锁定初值等建议措施。     

某地下洞室开挖过程中变形和应力分析研究

根据相关地下洞室工程地质条件,采用有限元分析软件ANSYS模拟地下厂房开挖,并对其进行数值模拟计算。计算得出了岩体开挖过程中围岩产生的应力、位移分布情况和变化量,分析得到了地下洞室的变形和应力都在可控值的范围内。除了应力集中部位需要特别注意外,围岩周围体都是稳定的,为地下洞室的开挖施工提供了参考。     

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。     

三维快速拉格朗日法进行水布垭地下厂房的稳定分析

选取清江水布垃水利枢纽工程地下厂房区，采用三维快速拉格朗日法(FLAC—3D)，模拟施工开挖过程，研究了复杂地质条件下洞室群围岩的开挖变形形态与应力状态，分析了围岩塑性区分布及地下厂房洞室群围岩的稳定性，并对层水洞顶拱进行了加固处理。     

琅琊山抽水蓄能电站地下厂房洞室支护研究

支护设计对大型地下厂房洞室的围岩稳定非常重要,如何使支护参数经济、合理和有效,是工程界一直研究的问题。介绍了琅琊山抽水蓄能电站地下厂房洞室支护方案的确定过程,并在其开挖过程中,进行了信息化支护设计的尝试,通过综合分析实际地质条件、监测资料、施工水平以及跟踪开挖的反分析计算成果,及时调整支护参数,科学地指导现场施工,消除安全隐患,为类似工程设计提供参考思路。     

福建街面水电站地下厂房洞室稳定性评价

福建街面水电站地下厂房洞室围岩为沉积岩,岩层平缓,地质构造发育,地下水活动较强烈,工程地质条件复杂,地下厂房稳定问题是该工程的难点.本文从地下厂房工程地质条件、施工期监测成果、运行期监测成果等方面对其洞室稳定性进行评价,得出了地下厂房洞室是稳定的结论.     

快速拉格朗日法分析巨型地下洞室群稳定性

广西龙滩水电站地下厂房所处位置地质条件复杂,岩层为陡倾角岩层,断层发育,且洞室跨度大,边墙高,在洞室开挖过程中围岩的稳定性显得十分重要。结合设计院提供的开挖方案使用快速拉格朗日差分法(FLAC)对洞室分层开挖及支护进行了数值模拟,比较分析了两个剖面加锚开挖的结果,得出了一些有益的结论。     

大型地下洞室断层破碎带变形特征及强柔性支护机制研究

锦屏一级水电站地下洞群规模巨大,布置复杂,且位于3条大断层及多组节理切割的高应力地质体内。多洞交叉大型洞群多步开挖强卸荷过程中,主洞室结构面或断层破碎带的支护方式、参数选取与优化以及支护时机的确定是影响整个设计洞群稳定的关键问题之一。结合地下厂房洞群的开挖支护过程,研究主洞室围岩断层带变形破坏力学机制,探讨围岩分层次支护的耦合作用机制以及力学与变形特征。基于对洞室围岩不同支护形式的数值模拟和原位监测,研究在挂网喷射混凝土支护系统中增加钢筋拱肋这一强柔性支护技术。结果表明,该种支护技术措施能有效地控制围岩变形,避免局部失稳导致洞群不稳定或垮塌现象的产生,对大型洞群开挖支护设计与施工具有重要参考价值和指导意义。     

复杂地应力环境大型地下洞室围岩时效变形机制及力学模拟

提出复杂地应力环境下大型地下洞室开挖围岩时效变形机制及其力学模拟方法。基于变形监测资料和岩体力学分析认为,中高地应力条件下岩体由高围压环境急剧转变为低围压、高应力差环境的力学机制和工程开挖引致围岩扰动破坏的空间效应是复杂地应力环境中洞室围岩时效变形的主要作用机制。采用应力释放有限单元法模拟洞室动态开挖过程,通过引入时间因子,建立开挖荷载释放与空间扰动效应的时间相关函数,提出基于时效变形过程的开挖荷载分时分级释放方法和基于主、次级开挖松动区的围岩变形模量劣化模型。工程实例表明：该方法通过将开挖荷载释放与开挖扰动空间效应耦合计算,能够合理有效地模拟大型地下洞室施工开挖全过程围岩的时效变形力学行为,对于理解和控制复杂地应力环境大型地下洞室高边墙变形破坏行为和时空效应,优化洞室施工开挖支护与监测反馈等具有一定的应用价值和实践意义。     

锦屏I级水电站地下厂房围岩变形破裂的三维损伤流变分析

 锦屏I级水电站处于高地应力区,地下厂房围岩在此是表现有一定塑性的大理岩。在工程开挖后围岩和支护结构的变形开裂特征明显。针对这些特点,采用损伤流变耦合的三维模型和分析方法,结合运用裂隙张开产生的附加变形分析法,对该工程地下厂房洞室群的稳定性进行分析,将厂房若干关键点的位移量与实测值进行对比,取得了较好的结果;同时,对洞室的长期时效变形进行预测分析。     

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。     

Latest technology of underground rock cavern excavation in Japan

Four major projects with large-scale rock underground caverns are discussed in this report; two hydropower stations, one underground oil storage facility and one underground museum in Japan. The technology applied to the construction of these caverns have some unique characteristics and can be applied to various other underground uses for different purposes and applied to larger-scale underground rock caverns with different geological and in situ stress conditions. Generally, construction of an underground cavern is comprised of five major activities: geological investigation; cavern stability analysis; initial rock support design; excavation works; and redesign of rock support according to the observational construction method. Weighted factors allocated among these factors should be established based on the rock properties and the purpose of the underground cavern use, which would define the major characteristics of the construction project. This report discusses some of major characteristics of these projects in Japan.     

Numerical analysis of Shiobara hydropower cavern using practical equivalent approach

Three-dimensional (3D) numerical simulation of Shiobara hydropower cavern was attempted with the developed practical equivalent approach. This simple equivalent approach integrates the effect of joints and corresponding nonlinearity in the rock and predicts its deformation behaviour. The model requires minimum inputs from field or laboratory tests and is efficient to capture the nonlinear stress–strain responses associated with the jointed rock mass. In this study, the applicability of the model was demonstrated with the 3D analysis of Shiobara hydropower cavern. The numerical results were also compared with those of six other computational models to analyse the same cavern. The 3D modelling of powerhouse cavern shows that the present approach, though simple, can be applied to large-scale field problems. The model can precisely predict the deformation values well, and this study confirmed the effectiveness of the approach for simulation of underground structures in jointed rocks.     

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。     

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。     

500 m级超高边坡时效变形特征及长期稳定性研究

水电站坝前工程边坡的变形稳定问题是近年来水电工程界关注的热点话题。相关监测成果表明,自开挖期完成,工程边坡将先后经历开挖卸荷变形期、蓄水边坡变形调整期和长期变形收敛期3个阶段。本文以西部地区某巨型水电工程左岸500 m级超高坝前工程边坡为例,从边坡基本工程地质条件和边坡变形监测资料入手,在对各阶段边坡变形影响因素深入分析的基础上,通过工程岩体流变试验确定了边坡岩体的流变力学模型,采用人工神经网络监测反馈分析方法开展了边坡岩体流变变形的监测反馈分析,获得了边坡岩体的流变参数,并以此为基础开展了边坡长期变形趋势的预测研究,成果可为边坡长期稳定性安全评价提供依据。     

Behavior of Large Scale Underground Cavern Located in Jointed Rock Masses Evaluated by Using Distinct Element Method

The stability and support effects of large-scale underground caverns located in jointed rock masses are principally ruled by the mechanical behavior of discontinuities. The major deformations of the host rock masses containing underground caverns originate from the normal and shear movements among the walls of discontinuities. Therefore, in the numerical simulations of the deformation behavior of underground structures, how to accurately model the discontinuities becomes a key problem. In this study, a 2-D distinct element code, UDEC, was used to analyze the deformation behavior of an underground cavern of a pumped storage power plant, based on in-situ geological data. The validity of numerical simulation was evaluated by comparing the numerical results with the site measurement data at two cross-sections of the cavern. Some local deformation behavior of the cavern affected by the characteristics of discontinuity distributions was discussed. The influences of cross-sectional shape of the cavern and the orientation of initial ground stress on the performance of cavern were evaluated. The simulation results revealed that the orientation, position and density of discontinuities as well as the cross-sectional shape of a carven influence its deformation behavior and stability significantly.     

大型地下厂房洞室群施工期围岩变形分析

瀑布沟水电站地下厂房洞室群规模大,地质条件复杂,水平构造应力高,施工期围岩的变形及稳定问题突出。结合弹塑性有限元方法和围岩变形监测资料综合分析了地下厂房洞室群施工期围岩的变形特征及稳定性。结果表明:主厂房围岩变形最大,尾水闸门室变形次之,主变室变形最小,厂房上下游边墙位移随着厂房下挖逐级增大,在厂房中部下游边墙岩锚梁高程部位处实测最大位移为107 mm;厂房边墙位移在墙顶和墙底较小,墙中部较大,上游边墙位移总体大于下游边墙;厂房拱顶径向位移总体上很小,上、下游边墙在两端的副厂房和安装间变形较小,中部变形较大;数值计算结果和变形监测资料有较好的一致性,围岩变形受施工程序和地质条件的影响较大。     

块体理论赤平解析法在龙滩水电站地下厂房洞室群稳定分析中的应用

龙滩水电站地下厂房开挖区域岩体不连续面发育，确定厂房开挖面是否可能产生可动块体并判断其稳定性具有重要实际意义。块体理论是适用于分析断层、节理发育破碎刚性岩体稳定性的有效方法，在对场区工程岩体勘察资料的详细研究基础上，运用块体理论赤平解析法分析龙滩水电站地下厂房洞室群的稳定性，对各开挖面构成可能移动块体的不连续面分布情况进行较系统的评价，得出厂房各部分可动块体分布的直观统计结果，为设计有效的加固方案提供了依据。