瀑布沟地下厂房施工期变形与稳定的跟踪预报

应用基于弹粘塑性势理论的有限单元方法、人工智能方法以及加锚节理力学模型,建立基于位移监测资料的岩体力学参数反演系统,根据反演参数实现对地下洞室后续施工过程中围岩稳定性与变形的预报.应用该反演预报系统,动态跟踪预报瀑布沟地下洞室群在开挖、支护过程中围岩的稳定与变形情况,对洞室群的稳定性进行了评价.     

地下厂房围岩参数场位移反分析

提出地下厂房围岩参数场的概念,利用增量位移和遗传算法优化反演其值.针对地下厂房围岩特性,认为其力学参数不是均一的,而是一个由不同量值的参数组成的参数场.结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖,建立了模拟动态施工的有限元模型,对洞室附近的围岩弹性模量进行了反演计算.结果表明:所得增量位移与实测值符合较好,岩体力学参数分布符合实际规律.     

基于TBA法的地下厂房围岩力学参数位移反分析

讨论了TBA反分析法的原理,结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖过程,建立了模拟动态施工的有限元模型,运用TBA法对地下厂房的围岩力学参数进行了反演计算,运用遗传算法进行了数值验证,有效地确定了岩体的弹性模量.结果表明,增量位移与实测值吻合较好.     

地下洞室施工期围岩力学参数反演与力学响应超前预测自动化系统开发

基于施工期实测资料对具有“未确知性”的围岩力学参数进行反演,并在此基础上采用反演所得参数对后续施工阶段的围岩力学状态与支护结构工作性态进行超前预测,进而依据预测成果对预先确定的设计与施工方案进行反馈设计是地下洞室信息化设计与施工中的关键技术环节。其中,参数反演的快速化,以及数值建模、参数反演与超前预测的自动化在很大程度上制约着上述技术的实际应用。鉴于此,首次提出将寻优效率更高的异步粒子群优化算法（APSO算法）应用于围岩力学参数反演;在此基础上,构建了地下洞室施工期围岩力学参数优化反演模型;进而,提出文件分块与信息分组及顺序编码技术,并据此实现了有限元正演分析数据文件的参数化自动生成与更新;在上述基础上,给出了地下洞室施工期围岩力学参数反演与超前预测的实现流程,并完成了一整套系统程序的编制,开发了数值建模、参数反演与超前预测的自动化系统。算例分析表明,所开发的系统可实现地下洞室施工期围岩力学参数反演与超前预测的自动化,并可在一定程上解决数值分析模型日益精细化需求与反演效率不高之间的矛盾,可直接服务于现阶段我国大规模建设的各类岩体地下洞室工程。     

复杂地质条件下调压室三维有限元参数反分析

在地下洞室施工过程的3维有限元模拟过程中,数值计算结果受到地应力场及岩体力学参数的影响。在参数反演过程中,地应力场和岩体力学参数对洞室围岩应力变形的大小影响过程非常复杂,要同时反演这两方面参数比较困难,因此依托复杂地质条件下柳坪水电站调压室工程,采用3维非线性有限元分析,把地应力场岩体力学参数分两步进行反演,首先利用洞室围岩变形之间的规律对地应力场进行反分析,岩体力学参数选取参考范围的中值,在获得计算模型的地应力场数值及分布规律后,再对岩体力学参数进行反分析,反演得到岩体的力学参数,得出微新围岩、断层、弱风化带、强风化带变形模量分别为19、0.45、4.5、2.25 GPa,泊松比分别为0.21、0.35、0.25、0.30。反分析位移与监测位移对比表明,平均相对误差符合计算精度要求,可为类似工程的研究、分析提供参考。     

溪洛渡地下厂房开挖反馈计算及预测研究

针对溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,其中主厂房、尾调室跨度分别达到28.4m和25m这种情况.通过引进洞周松弛系数函数,提出了新的地下洞室围岩参数反演的计算思路和方法,对现场左右岸共10个典型剖面实测的监测资料进行了跟踪反馈和后期开挖预测预报分析.经过前1～10级的参数调整和反馈分析之后,对左右岸典型剖面的预测精度一般均能够达到较高的水平,说明了该方法在实际工程中的适用性.     

基于开挖损伤效应的岩体力学参数位移反分析

由于应力重分布和开挖扰动等因素,对于地下洞室开挖面附近的岩体,其力学特性会有一定程度的劣化,称之为岩体力学参数的开挖损伤效应、本文结合正交试验设计、粒子群优化算法、支持向量机模型等原理,建立了考虑开挖损伤效应的LSSVM-PSO反分析模型;以某水电站地下厂房为例,针对现场变形监测成果进行了位移反演分析,得到了损伤区范围...     

基于FLAC~(3D)的某水电站大型地下洞室群开挖及锚固效应数值分析

根据地下洞室开挖和锚固施工方法,采用FLAC3D数值分析程序,对某大型水电站地下厂房复杂洞室群开挖过程进行了动态模拟,分析了在有、无支护条件下洞室周边围岩二次应力场、位移及破坏区分布规律和变化特征,说明采用隐含断层复合单元模拟断层、cable结构单元模拟锚杆、薄层实体单元模拟喷层能较合理反映地下洞室分期开挖实际力学作用机理.计算结果表明,该洞室群在洞室布局、开挖顺序和支护参数等方面是合理的,认为在局部加强支护的条件下,洞室的整体稳定可以得到保证.     

大型地下洞室围岩稳定性数值模拟分析

结合泰安抽水蓄能电站的工程建设实际,在现场地质调查和场区地勘资料分析的基础上,深入分析了工程区的地质力学环境条件,建立了能够反映研究区地貌、岩体结构和地应力环境条件的力学模型.以地应力实测结果为参照依据,采用线性有限元法反演分析了初始地应力场,采用非线性有限元方法模拟了地下厂房等主要洞室开挖施工与支护过程中的围岩应力和稳定性状况,全面论证了大型地下洞室开挖方案的可行性,揭示了大型地下洞室不同开挖阶段应力的集中部位和围岩的潜在破坏部位.     

复杂地下洞室围岩开挖扰动空间效应参数化研究

复杂地下洞室围岩开挖扰动区的形成和发展具有明显的空间效应。岩体开挖扰动损伤总体上表现为岩体变形模量的劣化。考虑到基于厚壁圆筒弹性力学分析的弹性模量压力和半径相关模型的应用局限性,提出开挖扰动区岩体变形模量的半径-位移相关模型,并对模型的多洞室适用性和参数敏感性进行了分析。该模型实质上是一个参数场模型,通过变形模量劣化参数场分布量化揭示开挖扰动的空间效应。以瀑布沟水电站大型地下厂房洞室群工程为例,基于位移监测信息,应用半径-位移相关模型对主厂房围岩开挖扰动的空间效应及围岩稳定性进行了参数化分析。围岩变形模量劣化参数场沿厂房轴线具有明显的空间不均匀性,沿深度方向呈现指数函数分布特征。结果表明:该模型为开挖扰动区岩体变形模量参数的确定提供了合理的数值计算方法;通过岩体变形模量半径-位移相关模型参数化分析开挖扰动的空间效应,对于地下洞室施工期快速监测反馈和围岩安全稳定性评判以及支护优化设计具有显著的工程适用性。     

大型地下洞室群施工期结构安全与进度耦合实时仿真

大型地下洞室群施工安全与进度受突发不良地质状况影响较大,实时确定不良地质对施工结构安全与进度的综合影响具有重要工程意义.通过建立实际施工状态“集合”与3维全尺度数值模型模拟状态“集合”之间的实时动态映射关系,以数值模拟技术为主要手段,结合并行计算方法,实现对地下洞室群施工过程的结构安全与进度耦合实时仿真.将突发不良地质状况映射到数值模型上,根据实时仿真结果对不良地质段施工的结构安全性进行预测评估,对不满足安全要求的施工状态提出相应的处理措施,并对处理效果进行实时仿真预测,将确定的处理措施以施工参数的形式反馈给施工进度控制系统,实时评价处理措施对总体施工进度的影响.最后基于Python+VB.net混合编程技术开发了大型地下洞室群施工期结构安全与进度耦合实时仿真系统,该系统实现了地下工程安全施工与进度控制的现场办公一体化,为地下工程现场施工的安全与进度控制提供了技术支持.     

Experimental salt cavern in offshore ultra-deep water and well design evaluation for CO_2 abatement

This paper presents a proposal for an experimental salt cavern in offshore ultra-deep water for CO_2 abatement, including the instrumentation plan and well conceptual design evaluated for carbon capture and storage(CCS) application. These studies are based on applied computational mechanics associated with field experimentation that has contributed to the technical feasibility of the underground potash mine at the State of Sergipe in Brazil. This knowhow allowed the stability analysis of several salt caverns for brine production at the State of Alagoas in Brazil and to the drilling through stratified thick layers of salt of the pre-salt reservoirs in Santos Basin. Now, this knowledge has been applied in the design of onshore and offshore salt caverns opened by dissolution for storage of natural gas and CO_2. The geomechanical study,through the application of computational mechanics, of offshore giant salt caverns of 450 m high by150 m in diameter, shows that one cavern can store about 4 billion Sm~3 or 7.2 million tons of CO_2.Before the construction of the giant cavern, which will be the first gas storage offshore in the world, it has been decided to develop an experimental one, with smaller size, to obtained field parameters. The experimental cavern will allow the calibration of parameters to be used in the structural integrity analysis of the cavern and well for storage of natural gas which is rich in CO_2 under high pressure.     

大跨度地下洞室群围岩多尺度块体稳定性预测方法

组成地下洞室的围岩存在不同尺度结构面所切割形成的不同尺度、不同形态结构体。这些结构体是导致施工期围岩失稳的主要因素,而且在洞室开挖前无法确定其具体位置,给围岩加固设计带来了困难。由勘探平洞地质调查获得的结构面资料,依据不同尺度结构面的成因、规模,预测其在开挖面上的出露位置十分重要。从结构面成因角度考虑,运用几何-力学耦合模拟方法,建立大跨度地下洞室围岩岩体结构模型;依据断层机制,运用力学成因拟合规模较大的断层、破碎带、层面,而基于现场结构面调查统计的结果,应用随机模拟方法并结合结构面连通率特征拟合随机结构面;采用正交试验及块体理论,确定由结构面组合形成块体的几何形态,搜索多尺度块体的分布,确定特定块体、半特定块体与随机块体的分布;进一步采用极限平衡理论,分析可能发生破坏的块体,得出洞室开挖面上需要加固的块体;最后,开发了基于几何-力学成因的多尺度结构面组合稳定性分析程序UNDGD2.0。他还以某在建抽水蓄能电站工程为例,搜索洞室不同开挖面上的块体组合类型与规模,分析由结构面组合构成局部块体的稳定性,为地下洞室开挖方案的确定及设计优化提供理论依据。     

惠州抽水蓄能电站地下洞室群施工建模与仿真

分析了惠州抽水蓄能电站地下洞室群的施工特点,从层次化、模块化的思路出发,充分利用关键路径技术(CPM)和循环网络仿真技术(CYCLONE)的特点,建立了施工工序模型和整体施工网络模型,并对惠州抽水蓄能电站地下洞室群施工全过程进行了仿真建模.通过将整体施工网络模型与地下洞室群施工组织设计相结合,对惠州抽水蓄能电站地下洞室群施工进行数字仿真,确定了洞室群合理的施工工期,施工进度安排、关键路线与施工强度等.此方法已应用在实际工程中,证明了该建模方法和整体模型的正确性和可行性.     

内压对含软弱夹层盐岩储库稳定性影响的研究

通过建立含不同夹层厚度的圆柱形储库单腔三维模型,考虑不同恒压作用下长期蠕变,从腔体收缩率,围岩塑性区及位移矢量分布角度,分析运行内压对含软泥夹层盐岩腔体稳定性的影响。结果表明,腔体维持较高的运行压力,能有效减少腔体收缩,腔周塑性区及位移矢量发展,有利于腔体稳定。另外软泥夹层厚度在一定范围内增长对腔体的稳定性影响不太,在高内压作用下甚至可以忽略,这一结果对含软弱夹层层状盐岩腔体模型简化具有一定的指导意义。     

大型地下水封石油洞库围岩完整性、变形和稳定性分析

围岩完整性、变形和稳定性对地下水封石油洞库建造具有至关重要的影响。以我国首个在建的大型不衬砌地下水封石油储备库项目为背景,运用弹塑性理论,在室内岩石三轴试验基础上,研究了花岗岩地层大型不衬砌地下水封石油洞库围岩的完整性以及变形和稳定性。研究表明:岩石的完整性从剪胀出现开始受到破坏,采用剪胀起始点对应摩擦角可对地下工程围岩开挖松动区进行估算;该大型地下水封石油洞库洞室开挖松动区范围从0~15.6m不等,且与埋深成正比;由于开挖过程中应力路径与剪胀线关系不同,各洞室间中墙完整性变化趋势存在差异;洞壁围岩位移方向与山丘地表走势相关,拱顶沉降和水平收敛值在8~45mm之间;在洞室底板位置出现了拉应力区,在洞库两侧边墙下端和起拱处出现高剪应力区,在开挖过程中可能出现局部破坏现象。     

泰安抽水蓄能水电站地下厂房围岩稳定性数值模拟及监测分析

应用快速三维拉格朗日差分法对泰安抽水蓄能水电站地下厂房进行了弹塑性数值模拟,准确的模拟了围岩的动态变化过程,对开挖前后围岩的位移场和应力场以及塑性区进行了比较分析.另外,还对该厂房围岩的变形监测资料进行了研究,得出在开挖和支护过程中围岩的变形特征和支护结构的受力特点;并将现场监测结果和位移计算结果进行比较,结果表明:模拟计算结果和监测结果规律基本一致,采用本计算方法模拟开挖大型地下洞室群具有较强的可行性,对今后的地下大型洞室群的稳定性分析具有参考意义.     

Dynamic simulation research on injection and withdrawal performance of underground salt cavern natural gas storage

Owing to perfect impermeability,dynamics stability,flexible and efficient operation mode and strong adjustment,underground salt cavern natural gas storage is especially adapted to be used for short-term dispatch.Based on characteristics of gas flow and heat transfer,dynamic mathematic models were built to simulate the injection and withdrawal performance of underground salt cavern gas storage.Temperature and pressure variations of natural gas in gas storage were simulated on the basis of building models during withdrawal operation,and factors affecting on the operation of gas storage were also analyzed.Therefore,these models can provide theore-tic foundation and technology support for the design,building and operation of salt cavern gas storage.     

地下洞室群施工程序的仿真模拟研究

介绍以随机的生产线平衡原理,动态数组和公共时钟为基础,结合地下工程施工特点和经验总结而开发的,用于地下洞室群施工程序仿真模拟的系统,该系统具有能够快捷地实现对施工系统的仿真模拟等特点,应用于小湾超大型地下厂房洞室群施工程序模拟,成效良好。