地下厂房洞室群开挖卸荷力学特性及岩体质量评价

针对地下厂房洞室群开挖导致围岩卸荷回弹、岩体质量发生劣化问题,以金沙江某地下厂房洞室群为工程背景,基于卸荷岩体力学理论,采用有限差分法研究了洞室群各期开挖对洞周围岩卸荷力学特性的影响,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用岩体分类指数法对洞室群开挖后的岩体质量进行评价。结果表明,随洞室群的施工开挖,洞周围岩卸荷区不断发生演化,其卸荷区深度、范围逐渐增大;洞室群开挖完成后,三大洞室间均有程度不同的卸荷贯通区出现;洞周围岩部分卸荷区岩体质量由开挖前的Ⅱ类变为Ⅲ类。     

五岳抽水蓄能电站地下厂房初始地应力反演及围岩稳定性分析

河南五岳抽水蓄能电站地下厂房洞室群结构复杂，主厂房最大跨度26.0 m,高55.1 m,为大型地下洞室。岩体结构面发育，强度低，断层f₁贯穿三大厂房，安全问题突出，需分析其开挖后围岩的稳定性。为此，使用FLAC^3D程序建立地质模型，采用BSA-BP神经网络反演计算了该区的初始地应力场，而后进行地下厂房开挖的模拟计算，分析了围岩应力场、位移场及塑性区发育分布规律，结果表明地下厂房洞室群围岩基本稳定，但在断层发育部位及母线洞两端存在局部变形破坏的可能。研究成果可为该工程设计、施工提供指导，也可为同类工程提供参考。     

桐柏抽水蓄能电站围岩变形回归分析

分析了桐柏抽水蓄能电站地下厂房开挖期间围岩变形特性,并采用岩体粘弹性位移反分析方法,反演得出地应力、弹性模量及粘性参数。该分析方法可指导围岩支护设计和后期或相邻工程的施工方案的改进。     

地下厂房洞室群围岩三维非线性粘弹塑性流变分析

地下洞室围岩在软岩地质条件下会产生流变效应,考虑"围岩—喷锚支护"系统的整体力学效应,在西源模型的基础上,提出了以塑性屈服函数及应力水平和长期强度大小关系为两个控制参数的双开关西源模型,建立包含流变时间、应力水平和塑性屈服函数等在内的粘弹性应变增量和粘塑性应变增量表达式;岩石未进入塑性屈服状态只考虑粘弹性应变增量,进入屈服状态后就应考虑粘塑性应变增量。将建立的非线性粘弹塑性流变模型编入三维弹塑性有限元程序,利用初应变法将应变增量转化为该应力水平下单元虚拟节点荷载,考虑锚杆、锚索的加固效应和喷层提供的支护抗力,最终求解围岩塑性区范围及其应力、应变和位移。以某抽水蓄能电站地下厂房洞室群为例,分析其"围岩—喷锚支护"系统30d流变过程中围岩塑性区、变形位移及锚杆应力变化规律,结果表明所建非线性粘弹塑性模型能较好地分析地下洞室的流变效应,可为工程设计施工提供合理建议。     

地下洞室岩体动力本构模型研究及应用

岩体动力本构是研究地下洞室围岩抗震稳定的基础,但目前尚无普遍认可和较成熟的适用于地下洞室围岩地震分析的本构模型。结合已有试验研究成果,基于考虑地震动荷载作用下的岩体强化特性和地震波循环加载情况下的岩体疲劳损伤特性,提出一种适用于地下洞室群抗震分析的岩体弹塑性损伤本构模型,并嵌入到自主开发的显式有限元计算程序,应用于我国西南某大型地下厂房洞室群围岩抗震稳定分析。计算结果表明,设计地震情况下该洞室群围岩基本稳定,但洞室开挖中损伤较严重的区域在地震过程中其损伤程度可能会成倍增加,是抗震支护的重点区域。     

基于卸荷及BP神经网络的地下洞室岩体力学参数反演

实时准确地获得地下洞室岩体的力学参数对地下工程的设计和施工具有重要影响。以某软岩区的水电站引水隧洞为例,基于卸荷岩体力学理论,以大型有限差分程序FLAC3D为计算软件,建立BP神经网络模型对开挖后围岩的力学参数进行反分析,并根据现场实测位移资料对反演所得参数进行工程校核,以保证参数取值的准确性。结果表明,该反演方法合理、有效;得到的参数能满足工程要求,可为隧洞围岩的长期稳定和位移变化预测提供理论依据。     

基于点估计—有限元法的地下厂房开挖变形与扰动的概率分析

大型地下厂房沿轴线方向一般可达几百米,导致岩体材料参数存在一定的空间变异性,采用确定性参数取值必然导致分析结果与工程实际之间存在差异,影响厂房的围岩扰动和稳定性判断。对此,将点估计—有限元的概率分析方法应用到地下厂房围岩变形的概率分析中,研究岩体力学参数空间变异的概率处理方法对围岩稳定性的影响;通过分析围岩变形及扰动,提出了一种基于变形标准差的围岩开挖扰动敏感性判断方法。以某抽水蓄能电站为例,采用正态分布描述了围岩力学参数的空间变异性,进而设计了16种地下洞室群围岩开挖稳定性分析方案。结果表明,采用考虑岩体力学参数空间变异性的概率分析方法能够准确判断出围岩各部位可能的变形量值,为稳定性判断提供更准确的依据;基于提出的开挖扰动敏感性判断方法能直接描述围岩开挖形成的关键扰动区域,在研究案例的地应力和节理分布等地质条件下,开挖扰动敏感区域主要为高边墙处。     

裂隙岩体渗流作用下地下洞室围岩稳定性分析

针对传统的考虑外水荷载的围岩稳定性计算方法难以定量评价地下工程的围岩稳定状况的问题,结合卡里巴水电站的工程实例,采用三维弹塑性损伤有限元数值计算方法,分别在无支护开挖、无渗流锚固支护开挖、有渗流锚固支护开挖三种工况下,定量分析并评价了地下洞室群围岩的稳定状况。结果表明,分期锚固支护开挖可确保洞室围岩稳定,裂隙岩体渗流对地下洞室围岩稳定影响较大。可见裂隙岩体渗流—弹塑性损伤计算方法可定量评价围岩稳定状况,为地下厂房设计、施工及安全运行提供了参考。     

猴子岩水电站地下洞室群围岩松弛损伤控制技术

猴子岩水电站地下洞室群跨度大、地应力高、中主应力和最小主应力非常高,且与厂房轴向大角度相交,易导致大型地下厂房边墙发生劈裂破坏或损伤。根据地下洞室群施工期围岩损伤声波监测等资料分析,地下厂房损伤区主要分布在边墙浅层岩体4～5m范围内,高边墙局部部位损伤区分布在7～10 m范围,最大达11.8m。从开挖施工程序、围岩支护加固参数和时机两方面着手,采取了深层预裂、薄层开挖、随层支护的施工程序,由表及里、由浅入深、柔强结合的支护策略和快速支护加固机制,研究采取了下层超前和自进式锚杆预固灌,预应力锚杆一次注浆快速施工等工艺措施,从而控制了高地应力地下洞室开挖施工过程中的围岩损伤深度和发展程度。     

三里坪水电站地下厂房洞室群开挖后围岩稳定性分析

根据三里坪水电站地下厂房工程地质条件及洞室群布置情况,采用二维有限元软件Phase2建立典型的Mohr-Coulomb岩体弹塑性模型进行数值模拟分析。结果表明,未采取支护措施时主厂房、主变室应变及围岩塑性区较大,采取支护措施后洞室群围岩位移变形、应力、塑性区均满足设计的围岩稳定性要求。     

CCS水电站地下厂房施工过程中围岩稳定性分析

CCS水电站地下厂房由主厂房和主变室组成,为超大断面地下洞室,其开挖过程中围岩应力、变形等特征决定着地下厂房施工和运营过程中的安全性和可靠性。通过分析工程地质条件,选取#8机组剖面建立地质概化模型,采用有限元程序Phase 2建立数值分析模型,基于弹塑性本构关系对施工开挖和支护进行数值模拟,研究开挖过程中围岩变形场、应力场及塑性区的分布及变化特征。结果表明,洞室顶拱的变形和应力集中主要产生在当层开挖,后续开挖对其影响较小,围岩趋于稳定;主厂房、主变室洞周岩体均呈现出向岩体内延伸的塑性区,塑性区岩体的破坏以剪切破坏为主;锚杆和喷混凝土支护对围岩的变形影响较小,对围岩的应力集中、拉应力区和塑性区有一定程度的改善。该研究结论和方法为地下厂房的施工开挖和支护设计提供了参考。     

玉龙喀什水利枢纽工程地下厂房围岩稳定分析

新疆和田玉龙喀什水利枢纽工程地下埋藏式厂房面临高地应力、大跨度开挖,工程区岩石饱和抗压强度偏低,软化系数偏大,薄层状片理发育,地下厂房距离大坝较近,水库蓄水后外水压力增大,且在施工期及运行期不可控因素较多。高地应力对厂房边墙变形影响较大,为确保计算成果的可靠性,先进行地应力反演,使得反演成果与实际地应力场相接近,再进行施工开挖仿真分析。综合判断围岩的变形规律、应力状态、塑性区分布等,发现在无支护条件下局部区域受力特性及稳定性差,但地下厂房洞室群围岩总体上基本稳定。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

基于滑动测微计的地下洞室围岩变形分析

以呼和浩特抽水蓄能电站为例,应用滑动测微计对施工期地下洞室围岩表面和深度变形进行监测。近20个月监测资料表明,监测期间地下洞室处于稳定状态,围岩表面变形较大值发生于地下洞室第五、六层开挖过程中。由于围岩深度变形主要由岩体结构面张开引起,配合多点位移计进行校核验证,则可判断围岩结构面张开位置。可见开挖过程的变形监测,可实时指导施工、优化设计、保证地下洞室开挖安全。     

复杂地质条件下地下厂房洞室群开挖顺序研究

复杂地质条件下大型地下厂房洞室群围岩稳定是岩石力学重大技术问题之一,也是施工中必须解决的问题,以江苏溧阳抽水蓄能电站工程为背景,对复杂地质条件下的大型厂房洞室群围岩稳定进行了系统分析,并通过分析制定出科学合理的开挖施工方案,确保实际施工的安全、进度,取得了良好成效.     

石英云母片岩时效特性及流变参数反分析

某水电站引水隧洞围岩主要为石英云母片岩,具有显著的蠕变特性。结合该水电站试验洞洞壁位移监测结果,分析了洞室开挖后围岩的时空效应,基于位移反分析法,利用自编神经网络计算程序对幂律型流变模型参数A、n、m进行反演,并将获得的测线位移计算值与实测值相对比,以分析参数的合理性。结果表明,洞壁两侧变形最大,边墙次之,顶拱变形最小;反演得到A为6.687 6×10-17、n为1.967 1、m为-0.918 5,且位移计算值与实测值具有较高的吻合度,表明反演参数合理可靠。最后结合流变参数的反演结果,对该工程调压井开挖后支护时间进行探究,研究发现在洞室开挖15d后进行支护是合理的。     

白鹤滩水电站左岸地下厂房岩壁吊车梁承载特性分析

岩壁吊车梁是地下厂房重要的支撑结构,其安全稳定性尤为关键。基于原型观测结果,分析了受到洞室开挖卸荷作用和吊车荷载作用下岩梁锚杆受力、岩梁与围岩结合面情况和围岩变形情况,对岩壁吊车梁进行承载特性分析和安全稳定评价。结果表明,围岩开挖卸荷引起岩体较大的深部变形和应力调整,岩梁锚杆应力水平较高,在开挖完成后,各监测数据趋于稳定;锚杆应力值、锚索荷载未超过设计强度;岩梁与岩壁最大开合度1.24mm;岩梁荷载试验期间,各观测数据增量均较小。总体上,岩壁吊车梁安全稳定,能够满足生产运行要求。     

地下厂房围岩稳定性分析及支护方案优化

基于工程实际与设计方案,构建了甘肃省讨赖河三道湾水电站地下厂房洞室群的三维有限元模型,采用弹塑性有限元法计算模拟了洞室分步开挖及支护过程,分析了有无系统锚杆支护工况下围岩的应力状态及洞室变形,论证了锚索支护的必要性,并对锚杆长度设计方案进行优化.计算分析表明,系统锚杆明显改善了开挖围岩的变形与稳定性,该法可行、合理,可供借鉴.     

乌东德地下厂房层面小夹角判定及支护设计

乌东德地下厂房洞室群赋存于陡倾下游的层状浅变质岩中,上游边墙易产生沿岩层层面的剪切滑移变形,下游边墙易产生倾倒变形,且变形程度与岩层走向和厂房纵轴线之间夹角的大小密切相关。为明确不同夹角对地下厂房洞室群围岩变形与稳定的影响,并为层面小夹角洞段的判定提供依据,采用三维离散元法,分别分析夹角为0°、10°、20°的情况。结果表明,夹角小于20°时,洞周围岩位移量值水平及其塑性区分布范围及深度明显增大,而夹角分别为0°、10°时,计算结果差异较小;据此,定义夹角小于20°的洞段为层面小夹角洞段。同时提出了支护设计参数,目前左右岸地下厂房开挖已完成,监测结果验证了支护设计的合理性。相关思路及方法可为同类工程提供参考。     

岩石力学参数对地下洞室群围岩变形的敏感性分析

岩石力学参数的不确定性是影响地下洞室群围岩稳定性分析的主要因素。以某水电站地下厂房为例,结合工程区域的地质条件,建立三维弹塑性有限元模型,通过单因素敏感性分析方法分析了岩石块体和断层的弹性模量、粘聚力、内摩擦角和泊松比对洞室开挖完成后典型机组断面关键点位移的敏感性。结果表明,顶拱处岩石块体内摩擦角为最敏感参数,其次为块体弹性模量;边墙区域岩石块体弹性模量、内摩擦角敏感性最大;而断层参数的敏感性均较小。因此对该工程进行参数选取时,需对岩石块体弹性模量和内摩擦角加以评估并进行精细化测定,提高数值模拟结果的可靠性。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

地下岔洞开挖的三维弹塑性有限元分析

应用弹塑性有限元法对初始地应力场、洞室开挖等效应对地下岔管围岩的应力、位移和稳定的影响进行了数值模拟分析;并结合实际工程,给出了开挖后围岩应力和位移的分布及围岩的塑性屈服范围。