地下洞室群稳定分析中的围岩强度及支护强度敏感性研究

从某工程的实例出发,通过三维有限元计算,重点分析了不同方案下的围岩破坏区、洞周位移、洞周应力及锚杆、锚索应力等方面差异,并研究了围岩强度及支护强度与地下洞室群稳定之间的相互关系。     

国外某电站地下厂房洞室群稳定性研究

利用预布大规模随机裂隙生成网格技术,采用非线性弹塑性有限元法,重点计算比较了加固前后地下厂房洞室群洞围岩变形特征、应力分布状态及扰动区分布范围,给出了洞周不稳定围岩块体的部位及其破坏形式,讨论了拟定支护措施的有效性,为今后支护优化设计提供参考。     

高地应力条件下输水隧洞断面选型及支护设计

在高地应力条件下选择合理的隧洞断面型式以及支护结构,对保证施工期围岩稳定及隧洞长期运行安全具有重要意义。针对滇中引水工程高地应力洞段,通过对比分析不同断面型式下隧洞围岩应力、变形及塑性区分布规律及量值大小,确定了隧洞断面型式为马蹄型,有利于隧洞围岩受力及结构稳定。在综合分析隧洞围岩的应力变形情况及塑性区深度的基础上,结合工程类比法确定了隧洞施工过程的临时支护措施及永久衬砌方案。通过对比支护前后隧洞围岩的变形数值及塑性区分布范围发现:临时支护措施能够有效的控制围岩的变形及减小围岩的塑性破坏范围,经永久衬砌后的隧洞围岩处于稳定状态,无明显的塑性破坏产生。     

大型地下洞室开挖支护弹塑性损伤有限元分析

应用弹塑性损伤有限元理论,采用增量荷载变刚度迭代法,对地下厂房洞室群的稳定性进行三维数值模拟,以判定地下厂房洞室群布置、施工开挖顺序、围岩支护参数的合理性。模拟计算结果表明:围岩的破坏区基本限制在洞周2~6 m范围内,洞周位移为2~5 cm,围岩应力分布较均匀,整体稳定状态较好,说明采用的开挖方式和锚固支护参数基本是合理。但在洞室交岔口和断层穿过的部位,锚杆应力和洞周位移偏大,在断层处局部破坏范围也较大,这些部位的稳定条件稍差,在施工中可增加一些随机锚杆和锚索进行支护。通过施工过程中监测数据与计算结果的对比分析,验证了三维弹塑性损伤力有限元计算的正确性。     

双江口水电站洞式溢洪道不良地质段围岩稳定及开挖支护分析

建设中的双江口水电站洞式溢洪道埋深较深且开挖断面巨大,在溢0+107m～溢0+180m段,花岗岩侵入岩因受断层带切割影响,岩体较破碎,完整性变差且围岩强度较低,洞室围岩自稳性差。通过选取溢洪道不良地质段构建三维计算模型,基于洞室围岩应力特点生成初始应力场,分别针对两种不同支护方式(系统锚杆支护;系统锚杆+局部预应力锚杆)开展不良地质洞段开挖稳定分析,为设计决策提供了有益的理论参考。     

向家坝水电站地下厂房洞室群围岩稳定分析

 采用三维弹塑性损伤有限元数值分析法对向家坝地下厂房洞群围岩稳定性进行了分析论证。探讨了围岩力学参数以及围岩力学模型对洞周塑性区、应力与位移的影响，通过多种方案计算和比较，论证了向家坝地下厂房大型洞室参数、支护形式、支护参数的合理性。综合分析后认为：向家坝水电站右岸地下厂房洞室群的成洞条件较好，围岩基本是稳定的，经过锚喷支护后整体稳定是有保证的。     

复杂地质条件下大型地下洞室群围岩稳定性研究

断层等软弱地质结构面是控制地下洞室群围岩稳定的主要因素。以某水电站大型地下厂房为例,采用三维非线性有限元法分析了地下洞室群的围岩稳定,建立了考虑优势断层结构面的地下洞室群三维有限元模型,对比分析了有、无支护方案下洞周围岩位移场、应力场及塑性区分布。结果表明,洞周围岩变形受断层影响显著,断层贯穿部位多发生应力突变,断层出露部位塑性区分布范围较大;施加支护方案后,围岩变形得到了有效控制,应力集中和围岩塑性区分布范围均有所减小。     

彭水电站尾水洞施工开挖过程数值分析

通过弹塑性有限元计算,对乌江彭水水电站尾水洞开挖过程进行了数值模拟.分析了施工开挖中洞周围岩位移的变化规律和开挖完成后围岩的应力和变形;探讨了由于开挖卸荷引起的岩体力学参数降低对围岩变形、应力的影响.在此基础上,对设计采用的锚固支护措施的加固效果及围岩稳定性作出了评价.计算分析表明:尾水洞群由于洞室开挖洞径大,洞室岩柱相对单薄,围岩开挖变形量较大,各洞最大位移在40～70 mm之间,相邻洞室间岩柱塑性区基本贯通,洞室高边墙的稳定问题将显得较为突出;设计喷锚支护措施处于正常承载状态,能够满足围岩稳定性要求.     

隧洞围岩稳定性及支护时机分析

通过荷载释放法计算确定某水电站尾水隧洞的最佳支护时机,并依据该最佳支护时机分析毛洞开挖和采用拟定支护措施下围岩整体稳定情况。结果表明,洞室开挖过程中洞周应力释放,围岩应力重分布;随着围岩荷载释放率的增加,洞室最大变形量也有所增加,围岩应力释放率达到70%时,测点变形增量显著增加,此时为该深埋隧洞的最佳支护时机;相较于裸洞开挖,施加喷锚支护能改善隧洞整体应力变形和塑性区的发展,同时又可很好地控制支护成本。     

百色水利枢纽导流洞Ⅱ～Ⅲ类围岩节理组合对洞壁稳定的影响

影响洞壁块体稳定的一个重要因素是节理裂隙组合,而相同的节理组合在不同洞向的洞段中形成的不稳定体情况也不一样,对百色水利枢纽工程导流洞Ⅱ～Ⅲ类围岩节理裂隙发育特征进行分析,指出不利的节理组合对Ⅱ～Ⅲ类围岩洞壁稳定的影响,分析其原因,提出相应的开挖及支护型式。     

宜春某建筑场地岩溶发育特征

江西省宜春市宜阳新区位于可溶岩区,岩溶作用形成的溶洞、土洞对地基的稳定性存在重要影响.根据对宜春某建筑场地桩基础超前钻获得溶洞、溶蚀带和断裂构造的位置,分析其空间分布规律,对桩基础结构设计及施工具有关键指导作用.     

缝洞型油藏裂缝-溶洞中流体运动特征研究

用数值计算和实验的方法研究单个裂缝-溶洞中单相流动问题。从流体运动基本方程出发,建立裂缝溶洞之间流动的数学模型,采用投影差分格式求解,得到流体在缝洞模型中流动时流场的分布规律,给出压力和速度的空间分布。数值模拟和实验表明:当速度足够大时,裂缝到溶洞中流动与“射流”相似。     

影像建模和激光扫描技术融合在溶洞建模的研究与实践

由于溶洞的结构复杂和环境的特殊性,较之传统手工测绘技术,三维激光扫描技术具有高精度、高效、高密度数据获取优势。该技术虽能快速获取溶洞整体的三维点云数据,但由于激光点云精度的局限性,未能达到对溶洞内部分石刻和雕塑的扫描要求。针对该问题,采用了三维激光扫描和影像建模技术融合的方法以达到优势互补。介绍了2种技术各自的优势和特点,从其工作原理和数据获取、数据处理流程入手,研究通过技术融合的方法重建溶洞三维立体模型,最后评估分析了配准后模型的接缝偏差。研究结果表明该方法能够高效率地建立效果逼真,且满足不同精度要求的三维溶洞模型,验证了三维激光扫描技术和影像建模融合应用于溶洞建模和测量的可行性。     

单裂隙辐射流节理面破坏过程水-力耦合研究

为研究单裂隙辐射流受外力和渗流力作用破坏过程的水-力耦合特性,采用预制柱形节理试件进行试验,并结合数值模拟进行综合分析。结果表明,节理破坏包括剪切接触和损伤滑移摩擦2个阶段,法向压力增大引起剪应力增大和裂隙开度减小,剪应力存在连续波动的波峰与波谷,优势水力通道的"U"形分布范围出现小幅扩散;水压力能缓冲节理破坏并带走细小颗粒,增大等效渗透系数,提升裂隙渗透能力,入口水压力增大引起剪应力减小;碎屑充填物主要分布在优势水力通道范围之外,既能影响裂隙的渗透能力,又在一定程度上作为缓冲区保护节理面不被继续破坏。     

地下式水电站调压室交通洞过渡过程中的风速模拟

在考虑气体可压缩性的基础上,建立了地下式水电站调压室交通洞过渡过程中的气体运动数学模型,依据气体管道瞬变流的特征线法,提出了风速模拟的方法并编制了完整的模拟程序,通过与试验结果的对比验证了所提求解方法与模拟程序的适用性与合理性。然后分析了交通洞的体型(长度、断面积、倾角)对风速发展、分布及波动过程的影响,并从波动叠加的角度揭示了各因素的作用机理。结果表明:对于地下式水电站调压室交通洞在过渡过程中的风速的模拟,考虑气体可压缩性是必要的。交通洞断面的风速波动过程由低频质量波(基波)与高频弹性波(谐波)叠加而成。通气洞长度影响谐波的振幅和周期、断面积影响基波和谐波的振幅、倾角则仅影响谐波的振幅。     

典型结构面分布型式节理岩体室内直剪试验研究

针对节理岩体变形破坏及抗剪强度参数确定问题,开展了5种包含两条节理的典型节理分布型式的节理岩体试样的室内直剪试验研究。试验结果表明节理岩体的破坏主要表现为节理控制的节理与岩桥间渐进搭接破坏;对比分析了试验得到的25条应力应变全过程曲线,提出了应力应变曲线分类方法,包括滑动型、屈服型、剪断型、脆断型、剪断复合型五种类型,揭示了不同类型曲线间的转化规律;对基于Lajtai岩桥破坏理论的强度准则进行试验验证,验证结果表明基于Lajtai岩桥破坏理论的强度准则计算得到抗剪强度偏低与试验结果相对误差较小(小于9%),可用于节理岩体综合抗剪强度计算。     

广州市西江引水工程鸦岗配水泵站地质条件分析及建议

鸦岗配水泵站作为西江引水工程的主要建筑物,地质条件复杂,既分布有软土、砂土,也发育有岩溶、土洞,地下水十分丰富,且管线伴行交通繁忙。通过钻探、注水及抽水试验、标贯、波速测试等勘察手段,查明泵站的岩土层组成及分布,重点查明了软土、砂层和岩溶、土洞等不良地质条件的分布,分析了基槽流砂、管涌、隆起的可能性,进行工程地质评价,提出基槽支护及地基处理方案建议,为后续工作提供准确的地质资料。     

岩溶洞穴地下水水化学特征及其地球化学敏感性比较——以贵州双河洞和织金洞为例

不同岩性发育下的洞穴,其洞穴地下水的地球化学敏感性具有明显的差异。对织金洞、双河洞系统的大风洞和皮硝洞等不同岩性的洞穴地下水进行地球化学敏感性研究,对比不同岩性的洞穴水化学特征差异及影响因素。结果表明:(1)3个洞穴地下水水化学阳离子以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主;织金洞水化学类型为Ca-HCO_3型,皮硝洞为Ca·Mg-SO_4·HCO_3型,大风洞为Ca·Mg-HCO_3型。(2)白云岩洞穴(双河洞)地下水Mg~(2+)/Ca~(2+)明显高于灰岩洞穴(织金洞),但在含膏白云岩洞穴(皮硝洞)中,地下水Mg~(2+)/Ca~(2+)比值由于受白云岩和石膏的风化溶解的影响,Mg~(2+)/Ca~(2+)变化幅度较大。(3)3个岩溶洞穴地下水地球化学敏感性中,阳离子以Ca~(2+)最强;阴离子在织金洞和大风洞地下水中以HCO_3~-较强,而在皮硝洞地下水中SO_4~(2-)则表现出较强的敏感性,各主量离子的地球化学敏感性总体上表现为皮硝洞织金洞大风洞。因此通过对不同岩性的洞穴地下水进行地球化学敏感性研究,以期为岩溶区地下水环境和保护岩溶水文生态提供科学的依据。     

灰岩区溶洞与薄层泥岩物探异常差异分析

针对地球物理反演问题存在多解性、单一物探解译成果易与实际情况产生偏差等问题,以区分灰岩区大型溶洞与岩体破碎产生的相似TSP异常、提高超前预报解译精度为目标,将EH4、TSP303及地质雷达技术用于千岛湖配水工程灰岩区不良地质探测。简述了三种物探方法的原理及观测系统设置方式在EH4电磁异常区域开展隧洞超前预报工作,物探成果有效揭示了不良地质的存在。鉴于TSP两次预报异常相似但开挖结果不同,提出了根据TSP纵波速度谱中低速带的分布形态来区分溶洞与破碎岩体的方法。结果表明:大型溶腔与薄层泥岩均对应偏低的纵波波速、密度及杨氏模量,但前者在TSP纵波速度谱中表现为小范围封闭状低速异常,后者低速带呈带状,产状相对清晰;溶洞雷达异常表现为双曲线状同相轴且具备与完整灰岩对比度明显的强振幅特性,薄层泥岩反射能量较溶腔弱,波形杂乱错断,但未呈现明显双曲线特征。     

地基沉降对BCCP接口力学性能影响的试验研究

BCCP是一种具有广泛应用前景的输水用大口径新型复合管道,其管道接口结构的稳定对整条管线的运营至关重要。为研究地基沉降对管道接口力学性能的影响,设计了BCCP地基沉降试验,分析地基沉降值与相对转角之间的关系以及接口应变分布和变化规律,最后给出接口结构失效判别标准。试验结果表明:当接口相对转角的绝对值达到极限值附近时,接口结构发生破坏,在工程应用中该极限值可以作为判断接口结构完整性的下限值。