某隧道横穿断层破碎带围岩稳定性评价

采用FLAC3D有限差分软件,以实际工程案例为背景,建立三维数值计算模型,研究了隧道以不同角度横穿断层破碎带时的围岩稳定性。研究结果表明,断层以不同角度横穿断层破碎带时,隧道围岩变形存在较大差异。当隧道与断层破碎带正交分布时,隧道围岩受力变形较小,稳定性好,随着隧道与断层破碎带相交角度减小,碎岩围岩变形逐渐增大。     

地应力对深大竖井稳定性影响研究

长大公路隧道通风竖井通常建设在地应力作用的岩体区域,地应力状态是影响竖井工程稳定性最重要的因素之一。为探明高地应力状态对深大竖井围岩的应力演化和变形规律的影响,依托米仓山特长隧道通风竖井工程,采用数值模拟对不同应力系数的竖井施工过程进行分析,研究了不同应力条件下大断面竖井沿不同深度的围岩应力特征及径向位移规律。研究结果表明:相差较大地应力系数对围岩位移分布规律产生较大影响;围岩径向位移与围岩级别及竖井深度呈正相关性,围岩级别变差比竖井深度增大对围岩径向位移的影响更为明显;但当竖井深度超过200 m时,随地应力系数增大竖井径向位移速率急剧增大;不同围岩级别条件下随竖井深度和应力系数的增大,径向应力和切向应力都呈增大趋势,但增大趋势较平缓;研究成果可为类似竖井工程的科研、设计和施工提供参考。     

岩体力学参数对隧洞围岩稳定影响分析

从影响隧洞围岩稳定因素出发应用数值计算方法探讨岩体力学参数弹性模量和泊松比变化对围岩稳定的影响程度及规律为工程支护设计、围岩稳定分析提供参考。研究结果表明:弹性模量变化对围岩变形有较大影响对围岩应力几乎没有影响而泊松比变化对围岩应力和变形均有较大影响。应谨慎地选取岩体力学参数。     

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。       

隧道穿越不同厚度断层破碎带稳定性研究

隧道在断层破碎带处施工时容易诱发塌方、大变形以及突泥突水等灾害。以五道岭隧道工程为背景，利用有限元软件对五道岭隧道的不同厚度断层破碎带对隧道围岩位移产生的影响进行分析。研究结果表明：隧道围岩最大竖向位移和水平位移都发生在断层破碎带处；隧道围岩位移值均随着断层破碎带厚度的增大而增大，断层破碎带厚度越小，隧道围岩越稳定。     

层状岩体中压力钢管应力应变数值分析及分布规律

本文研究了层状岩体产状与压力钢管在空间中的相对位置对压力钢管管壁应力及变形规律的影响,并进一步分析了岩体的各向异性特征对管壁应力应变性状的影响。文中指出,管壁应力及变形的规律受围岩各向异性特性及产状的影响是很明显的。当钢管轴线与围岩层面法线方向垂直时这种影响最大,工程中进行压力钢管选线时应考虑这一因素;钢管应力分布的不均匀程度不仅与围岩两正交方向的弹模比值有关,还与围岩弹模的绝对值特别是剪切模量的大小有关,所以工程中应重视围岩剪切模量的量测。     

基于大型三轴试验的蚀变花岗岩力学行为及浸水湿化研究

位于断层破碎带且富含地下水的工程围岩软弱、破碎,存在严重的湿化塌陷隐患,工程维护面临诸多技术难题。以河南五岳蓄水电站断层破碎带蚀变花岗岩为对象,通过现场采样及重塑配比制样,运用大型三轴剪切仪研究了符合现场水力环境(含水率、围压及应力水平)下岩体的力学行为及发生浸水湿化后的变形特性。力学强度试验结果表明:不同含水率试样的峰值强度、峰值应变均随围压增大而升高,干燥试样的峰值强度平均比自然、饱和状态下高出22.90%和27.33%,而后两者之间平均差值仅为3.61%;含水率的改变显著影响试样的峰值应变,围压一定时,自然含水试样的峰值应变最大,干燥的却最小。湿化试验结果表明:湿化应变增量指标(■及■)均受到应力水平、围岩变化的显著影响,相对于围压,应力水平对各指标作用更为敏感,当应力水平逐级增加1倍时,3个指标分别平均增大2.59,1.41,3.17倍。对比蚀变花岗岩浸水湿化前后的强度和变形情况,浸水湿化不仅减弱其本身力学强度,且加大其体变量。构建了反应此类岩土体湿化应变增量的数学模型,可用作现场围岩湿化变形安全评估及开展有限元数值分析。     

跨断层隧道围岩渐进性破坏模型试验及数值模拟

 断层及其破碎带是隧道开挖过程中常见的不良地质现象,也是围岩不稳定且容易出现事故的地段。以山区隧道施工中常见的IV级围岩为参照对象,利用地质力学模型试验和数值模拟研究跨断层隧道施工过程中围岩的渐进性破坏过程及其受力变形特性。研究结果表明：(1) 位于拱顶之上的断层下盘岩体在隧道开挖后呈悬挑状态,且在靠近断层部位易出现拉裂缝;(2) 隧道开挖使得上覆荷载向隧洞左、右两侧转移,从而导致拱腰以下的岩体往往率先剪切破坏,尤以断层下盘一侧岩体为甚;(3) 隧道开挖将引起围岩应力重分布,若调整后的围岩应力超出岩体自身强度极限时,洞周岩体就会塌落成拱,且位于塌落范围内的岩体切向应力呈“跌落式”下降,此特征可用于判断岩体塌落范围;(4) 隧道开挖后,由于断层的阻隔作用,岩体应力在跨越断层上、下盘时呈不连续、非线性分布的特征。     

大瑶山隧道九号断层的特性与工程对策

本文论述了宽达465m的大断层的地质构造、岩体结构、地下水及围岩变形等特性,并介绍了为安全顺利通过断层所采取的工程措施。     

节理密度对围岩变形及破坏影响的试验研究

采用相似模型试验和岩土工程数字照相变形量测软件,研究了深埋应力场中不同断续节理密度的岩体在开挖条件下巷道围岩破裂区的产生与扩展机理,分析了围岩破坏和碎胀变形的发展规律及其对巷道稳定性的影响。研究表明:岩体中节理密度对岩体的承载能力影响很大。与节理岩体相比,完整岩体在破裂前可以承受较大的弹性变形;节理岩体即使与完整岩体具有相同的承载能力,但其稳定性及变形量却有区别,完整岩体的变形量更小、稳定性更好。产生相同的围岩破裂区,岩体中节理越密集需要的应力越低,反之亦然;在相同的应力作用下,岩体中节理越密集,表明岩体越破碎,产生的围岩破裂区就越大,围岩碎胀变形也越大,导致工程的稳定性越差;因此,岩体中断续节理的密度控制着围岩的稳定性。     

断层上下盘开挖引起岩移的断层效应

受断层影响,在断层上盘开挖与下盘开挖时具有不同的岩移机理。采用理论和数值分析的方法分别对陡倾断层上下盘开挖这两种工程状态下的岩移机制进行了研究,结果表明:当陡倾断层位于开挖引起的岩体变形的拉张区时,不论是在断层上盘开挖还是下盘开挖,都会使垂直断层面产生附加张应力,使其抗剪强度减小,在自重体积力作用下总会表现出具有正断层方式的错动,在地表以断层陡坎或台阶状的地貌形态出现,向下到断层"活化"--错动段的下限,错距逐渐减少到零。     

穿越断层带隧道结构动态力学特性试验研究

为了揭示隧道穿越断层期间结构力学响应特性,通过室内模型试验研究断层倾角为45°、60°、75°时采用台阶法进行开挖施工的围岩压力、围岩位移和衬砌应力变化情况。结果表明：断层倾角越大,围岩压力值越高,断层倾角为75°、60°时围岩压力分别为45°的1.169倍、1.089倍;拱部围岩压力影响范围达1.0倍洞径,拱腰、边墙处影响范围为0.5倍洞径;断层倾角越大,围岩径向位移值越高,断层倾角为75°、60°时径向位移达45°的1.112倍、1.057倍;拱部围岩位移影响范围达1.0倍洞径,拱腰、边墙处影响范围为0.5倍洞径;由于存在断层结构,隧道开挖后形成较大松散压力,衬砌结构呈“扁坦式”受力状态,边墙位置衬砌应力最大,拱顶、拱腰处次之;断层倾角越大,衬砌应力值越高,第一施工循环拱顶位置衬砌应力在断层倾角75°、60°时分别为45°的1.176倍、1.079倍,拱腰处为1.187倍、1.089倍,边墙处为1.169倍、1.082倍;第二循环拱顶位置衬砌应力在断层倾角75°、60°时分别为45°的1.136倍、1.067倍,拱腰处为1.158倍、1.075倍,边墙处为1.156倍、1.077倍...     

含分形断层面岩体破坏的数值模拟及分析

断层广泛存在于岩体中,对于含有断层的岩体来讲,其在地震或各类开挖影响下的破坏往往是沿着断层面发生的,其中,断层面的粗糙性质对岩体破坏具有很大的影响.在现场勘测并研究检验实地断层面具有分形性质的基础上,用数值模拟方法研究了含分形断层面岩体破坏过程的应力响应、应力场、变形场和破坏机理.利用Weaerstrass-Mandelbrot函数构造分形维数D分别为1.1,1.2,1.3,1.4,1.5的5条自仿射分形曲线,并构造于数值模拟模型中,实施开挖引起岩体沿断层面破坏的数值模拟.用大型通用有限元分析(FEA)软件--ANSYS进行了模拟分析,并与含平面断层岩体的滑移破坏情况进行了对比分析.模拟分析表明,断层存在对岩体中的应力分布和变形分布有着强烈的阻隔作用,而且断层面分形维数越小,这种阻隔作用就越强烈,断层面的分形维数D=1.5时的应力分布和变形分布较D=1.1,1.2,1.3,1.4时更为接近无断层时的情况;随着断层面分形维数的增加,断层上盘(破坏或移动盘)对下盘的带动作用越来越大,断层面的分形维数D=1.1时的断层两侧岩体滑移落差值最接近于平面断层时的情况,断层露头处的台阶落差也最大,这与工程实际吻合.     

深部开采底板裂隙扩展演化规律试验研究

 为进一步研究深部底板岩体的破裂失稳机制,基于自主研制的高水压底板突水相似模拟试验系统,建立深部承压水上含小断层底板采动裂隙演化及导水通道形成的模型,通过在底板不同深度布设应力传感器和位移监测点,研究底板和断层附近岩体随工作面开采的应力及位移变化规律,反演得到底板及断层采动裂隙的发育及扩展演化规律,为深部开采工作面突水机制的研究提供了一种新的思路。结果表明：工作面开采过程中,底板岩体的受力变化规律主要有2种：(1) 开切眼左侧煤柱底板岩体的应力增量出现先增大后减小的变化趋势;(2) 采场底板岩体的应力增量出现先增大后减小至零再反向增大的变化趋势。深部底板岩体的采动裂隙主要在开切眼、采空区中部和回采工作面3个部位产生,裂隙类型以竖向张裂隙、剪切裂隙和层向裂隙为主,且在主要裂隙附近衍生出一些细微的小裂隙。距煤层较近的断层上、下盘岩体受到的应力差较大,断层上盘在强剪应力差的作用下形成了一条与断层走向平行的剪切裂隙,加快了断裂面破碎岩体的相对滑动程度,促进了断层的活化。     

考虑蠕变特性的高应力软岩隧道变形预测方法与实践

为研究高应力软岩蠕变特性对隧道围岩变形预测的影响，以木寨岭公路隧道为依托，首先采用三维计算模型与多元线性回归相结合的方法分析初始地应力场，并结合围岩段落划分，选择典型计算断面；其次，提出基于[BQ]值的围岩参数取值方法，确定典型计算断面的围岩参数；而后，开展基于M-C模型和Cvsic模型的断面变形计算，剖析岩体蠕变特性对围岩变形的影响；最终，对比了预测结果与实际围岩变形。结果表明：(1)岩体蠕变特性对围岩变形具有明显增大效应，围岩位移增长量与横断面平均主应力呈正相关；(2)围岩条件越差，蠕变增大效应越显著；横断面平均主应力越大，蠕变增大效应中位移增长量越大，而位移增长率变化不明显；(3)蠕变特性对围岩变形等级预测有明显影响，M-C模型预测结果弱于Cvisc模型，与实际围岩变形情况存在较大差异。研究结果为在高应力软岩隧道变形预测中引入岩体蠕变效应奠定了实践基础。     

宽大断层构造破碎带内隧道施工稳定性分析

以穿越断层构造破碎带的哨房丫口隧道为工程背景,应用数值模拟方法,对枯水期、正常降雨、丰水雨季3种工况下隧道围岩位移变形规律和应力应变特征进行分析,结果表明,在3种工况下隧道开挖至断层构造破碎带约15m时隧道拱顶竖直位移和最大应力开始增加,越靠近构造带位移和应力越大,当进入构造带与围岩交界位置时,位移和应力达到最大值,远...     

光照重力坝坝基断层影响及处理的三维数值模拟

200m级光照重力坝坝踵和坝趾分别存在较大规模的断层，为了分析和评价断层对重力坝应力位移和坝基稳定性的影响，以及建坝后由于围压变化导致的断层变形模量提高对坝体的影响，对重力坝典型坝段和坝基岩体的联合作用进行三维数值模拟。对两条断层分别进行浮值分析，用强度储备系数法计算受断层影响的坝基安全稳定性，并分别模拟对两条断层进行的不同方式加固处理措施进行模拟。研究结果表明，位于坝趾的F2断层对坝体应力位移状态影响较大，也是坝基稳定性的控制性因素之一，在进行固结灌浆处理提高强度后，不仅可以提高坝基稳定性，而且可使坝体应力状态得到改善。位于坝踵的F1断层开挖并回填混凝土处理不宜过深。同时，建坝后围压变化导致断层变形模量的提高对于坝体应力控制是有利的。     

大型尾水调压室穹顶开挖支护力学与变形特征研究

 锦屏一级水电站尾水调压室为2个巨型圆筒状竖井,且位于2条大断层及多组节理切割的复杂高应力地质体内,球冠状顶部开挖支护困难。工程应用和理论研究均表明：开挖方式和支护参数是影响尾水调压室穹顶应力分布和变形的关键因素。基于对1#尾水调压室顶拱f14断层及煌斑岩脉,断层影响带的现场勘察研究采用力学分析、原位监测和三维数值模拟等手段,对尾水调压室围岩变形破坏机制进行深入分析,研究尾水调压室开挖过程中穹顶围岩变形和力学特征。最后,对尾水调压室的开挖、支护提出若干有益的建议,为锦屏一级水电站的动态开挖支护设计提供技术支持。     

断层破碎带在渗流作用下应力特征及控制

采用瞬变电磁仪对回风巷穿越断层破碎带的现场水文情况进行探测,获取区域地下水在巷道两帮集聚导致低阻异常区存在的水文特征。建立了回风巷赋水断层三维流固耦合力学模型,模拟分析了断层破碎带在动压及渗流作用下的应力分布及变形特征。研究结果表明:孔隙水压力集中区和巷道两帮压应力集中区具有一致性,随着与断层距离的减小,双场集中区中区由两帮向顶角处转移;回风巷围岩变形失稳概括为3个阶段:即,两帮压密顶底板产生张拉裂隙阶段;地下水向巷道渗透及围岩软化阶段;围岩变形持续增大阶段。为控制回风巷进一步变形,提出了对两帮及底板进行注浆加固的方案。     

高应力硬岩地区岩体结构对地下洞室围岩稳定的控制效应研究

官地水电站地下厂房属典型的硬岩地区深埋大型地下洞室群,其重要特点是同时面临高地应力和结构面发育这2个不利条件,实测最大主应力为25～35 MPa,厂区无大的断层和软弱结构面,但错动带和裂隙十分发育。通过对地下洞室群施工过程中出现的围岩局部失稳破坏现象进行全面的分析整理,对三大洞室的岩体结构特征和围岩变形破坏模式进行系统的分析、比较和总结,从而对影响围岩稳定的两大控制因素——地应力和岩体结构对官地地下厂房洞室群围岩稳定的影响程度和方式进行分析和对比。研究表明,由于三大洞室围岩类别以II类为主,岩体结构以块状～次块状结构为主,围岩具有较高的力学强度和强度应力比,从而具有较强的抵抗应力破坏的能力;岩体结构对地下厂房围岩变形与稳定的控制作用较地应力则更为明显,地下洞室群开挖过程中出现的局部失稳或较大变形多与不利方位的结构面直接相关。三大洞室围岩岩体结构特征总体上的相似性非常明确,反映在三大洞室围岩的变形特征和破坏模式上具有很好的统一性。然而,三大洞室的岩体结构特征也存在一定的差异,导致岩体结构影响围岩稳定的方式和程度有所不同。结构面发育造成的另一个不利影响是为坚硬岩体在高地应力条件下产生卸荷时效变形提供了内部条件。因此,在强度应力比较高的硬岩地区,应充分重视岩体结构及其演化对围岩变形和稳定的控制效应。