块体理论在荒沟抽水蓄能电站地下厂房系统硐室群围岩稳定性分析中的应用

荒沟水电站地下硐室群开挖区围岩裂隙较发育,因此确定硐室群开挖面上可能产生的块体及其稳定性对工程施工意义重大。综合考虑荒沟水电站地下硐室群地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,对其围岩稳定性进行分析。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用可实现程序化的矢量分析法,依据其原理并结合地下硐室三维坐标体系,应用大型数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状、测点坐标等工程数据,依次分析各关键块体,得到其顶点坐标、体积、稳定系数等相关信息,再利用CAD展示关键块体在三维空间中的位置和几何形态,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导。     

基于块体理论赤平解析法的地下水封油库围岩稳定性分析

 针对块体理论赤平解析法在实际应用过程中存在的不足,对原赤平解析法进行完善和补充。在此基础上升级赤平解析法软件Block V1.0,研发Block V2.0,新增结构面特性选择、洞室断面选型等功能,并分析锦州地下水封油库在自重力、地下水和油压不同情况下的围岩稳定性。分析结果表明：(1) 地下水封油库开挖面中顶板最危险,6组主要节理面中J1,J2为优势结构面,在施工期和运营期应加强监测;(2) 地下水较大程度地增大块体失稳的可能性,而油压则在某种程度上对块体保持稳定起到有利作用。     

开挖卸荷条件下大型地下硐室块体稳定性的 对比分析

 运用FLAC3D软件对三峡地下电站主厂房的典型边墙和顶拱块体分别进行三维数值模拟分析，对比分析其模拟结果表明：(1) 边墙块体在水平垂直厂房轴线(x方向)和铅直(y)方向上应力均表现出卸荷特征，特别是x方向。其变形主要以向开挖区卸荷回弹变形为主；(2) 顶拱块体在x方向表现为压应力，其值随开挖逐渐增加，而y方向只是在开挖初期卸荷，但随后面的开挖有逐渐回升的趋势。其变形在x方向为挤压变形，y方向块体下部向下变形，而上部因挤压而表现出向上变形；(3) 大型地下硐室开挖过程中，块体的应力–形变场特征对顶拱块体稳定是有利的，而对边墙块体是不利的。因此，通常的极限平衡分析结果，对边墙块体是偏高的，而对顶拱块体是偏于保守；(4) 提出通过变形特征来定性判断块体整体稳定性和通过塑性区分布规律来定量评价块体的局部稳定性的方法。     

Unwedge程序在水利工程块体稳定性分析中的应用

结合杨房沟水利工程地下厂房洞室群结构面及优势节理展布特征,并利用Unwedge软件,对地下厂房的岩体稳定性进行了研究,结果表明,Unwedge在潜在失稳块体的分析中具有较高的实际应用价值。     

某地下厂房顶拱块体的稳定性分析

介绍了块体稳定性的分析方法和块体的滑动模式 ;并结合某个工程实例 ,分析了该厂房顶拱的三个定位块体 ,结果表明 ,计算得出的块体与地质部门提供的块体基本一致     

有限长迹线块体理论及其在围岩块体滑落概率分析中的应用

 关键块体理论假设结构面完全贯通所研究岩体,与实际结构面迹线有限长相矛盾,计算得到的关键块体数量偏多且安全系数偏小。根据块体理论赤平解析法求得关键块体棱长以及实际迹线长度,运用结构面迹长概率分布理论将关键块体概率重新定义为绝对关键块体概率、相对关键块体概率及非关键块体概率。以等长三棱锥为例,研究发现,当迹棱比大于100时,绝对关键块体概率接近1.0,可认为此时结构面迹线贯通岩体;当迹棱比等于1.5时,相对关键块体概率达到0.75;当迹棱比大于7.5时,非关键块体概率接近0。通过对布伦口-公格尔水电站地下洞室某关键块体进行稳定性分析,计算得到该块体安全系数为3.145,基于绝对关键块体概率的修正安全系数为4.591～5.233,增幅可达46.0%～66.4%。     

考虑围岩开挖扰动裂化的定位块体稳定性分析

节理、裂隙、断层等结构面与开挖面形成的块体稳定性一直是大型地下厂房施工安全的核心问题.施工中由于围岩的开挖扰动形成不同深度的裂化面对地下厂房关键块体的形成和稳定具有显著的影响.在对围岩开挖扰动分区裂化现象进行概化的基础上,将裂化面等效为平行于开挖面的结构面,采用一般块体分析理论,对某抽水蓄能电站施工过程中出现的...     

关键块体理论在百色水利枢纽地下厂房岩体稳定性分析中的应用

介绍了关键块体理论的工程应用技术，包括不定位块体分析、定位块体分析、随机块体分析、块体形态分析与显示、块体稳定性分析及支护措施建议等。在不定位块体分析中，根据节理平均长度假定块体的最大边长，分析块体几何形态特征，进行洞室内最大块体形态分析与显示，由此确定在支护中需要针对性考虑的关键块体，再根据块体几何特征与结构面抗剪强度，分析块体稳定性及所需的锚固力；在定位块体分析中，通过调查实际结构面出露情况，分析块体的实际形态，包括凹形块体的形态，并进行稳定性分析与支护设计校核；在随机块体分析中，随机生成结构面网络并进行随机块体搜索。在这套工程分析技术研究中，发展了一些新技术，如假定块体最大边长分析块体形态、凹形块体形态分析与显示、块体稳定性分析与锚固支护建议等。     

三峡工程地下厂房围岩稳定性研究

三峡工程地下厂房围岩稳定性问题是地下厂房主要的岩石力学问题。以地下厂房岩石力学试验及地应力测试结果为基本资料,采用有限元数值计算、工程岩体分级、围岩块体分析等分析手段,对地下厂房围岩稳定性问题进行了研究,并对围岩稳定性及必要的支护措施进行了讨论。     

基于微震监测的地下水封石油洞库施工期围岩稳定性分析

 采用加拿大ESG微震监测系统对锦州某大型地下水封石油洞库局部开挖过程进行实时监测和分析,圈定监测范围内围岩潜在危险区域,再现开挖过程中洞库失稳区域的岩体微破裂萌生、发展和集聚。结果表明：(1) 采用人工定点敲击试验对监测系统定位性能进行测试,确定研究区域岩体整体等效P波波速为5 200 m/s,传感器阵列范围内的震源定位误差小于8 m;(2) 监测区域岩体微破裂呈2个条带状聚集,一条位于水幕巷道6东侧,水幕巷道1和2范围,与水平面呈缓倾角。另一条位于储油洞室1北与1南范围2+40～2+60里程区域内,与该区域辉绿岩脉分布范围一致,说明微震监测系统可以查明判别岩脉等软弱结构面情况。这是由于大断面的储油洞室的强开挖卸荷,高能量的释放导致岩脉的“过度”损伤,从而诱发大量的微破裂。研究结果证明微震监测技术在地下水封石油洞库这种特殊岩体结构中应用的可行性,为后期大规模微震监测系统的构建与实施提供参考依据。     

西龙池地下洞室围岩的现场监测及其稳定性分析

西龙池地下洞室群围岩呈缓倾角互层状结构，层理发育，岩性复杂，洞室开挖过程中，各种地质因素交互作用，洞室问相互影响。对复杂变化地质环境下的主厂房围岩进行了各种因素作用下的综合稳定分析，并依据多种测试手段，对开挖后围岩的稳定性和变形进行实时监测，掌握了洞室层状围岩变形破坏特征。以地下洞室开挖为算例，研究了围岩的力学动态，得出一些有益的认识和结论。围岩位移量计算结果与监测数据较好吻合，为施工开挖步序提供了可靠的依据。     

向家坝水电站地下厂房缓倾角层状围岩稳定分析

 向家坝水电站地下厂房跨度33.4 m、高85.2 m,为国内最大跨度与高度的地下厂房。缓倾角岩层中大跨度地下洞室群的开挖致使顶拱围岩稳定问题突出,为典型结构面控制型地下岩体工程。采取三维离散单元法与应力位移监测相结合的研究对策,对围岩稳定进行综合分析,实施对穿锚索和系统锚杆的加固对策,并基于监测成果说明厂房顶拱围岩在开挖加固后的稳定性。研究表明,浅至中等埋深结构面控制型围岩稳定问题必须加强工程地质分析,重视岩体的非连续性和各向异性,宜采用非连续介质力学分析方法进行分析,以实施针对性加固措施。     

大型地下厂房洞室群围岩稳定分析

 锦屏一级水电站最大坝高305 m,为混凝土双曲拱坝,电站装机容量360×104 kW,总库容77.6×108 m3,调节库容49.1×108 m3,是目前已建、在建和设计中的世界最高拱坝,其设计难度处于世界最高水平。针对地下厂区围岩类别较低、结构面发育、高地应力场以及洞室群规模巨大等情况,应用损伤力学理论,对地下洞室群的稳定性进行三维非线性弹塑性损伤有限元模拟计算,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,并对数值模拟结果与地质力学模型试验结果进行对比分析。结果表明,数值模拟和模型试验结果基本吻合,地下厂房洞室群围岩的整体稳定状态良好。     

拉西瓦水电站地下厂房洞室群分层开挖过程仿真反演分析

 拉西瓦水电站厂房规模巨大,围岩主要为脆硬花岗岩,爆破后围岩分区明显;同时厂房区域山高坡陡,河谷狭窄,区域地应力场较高,且分布较复杂,对洞室稳定性不利。为了评判开挖后地下厂房围岩的稳定性及支护的长期安全性,以地下厂房分层开挖现场实测位移为基础,根据多点位移计实测的离洞壁不同深度位移的变化规律将厂房洞壁周边围岩分为松动区、过渡区和稳定区;然后采用每层开挖引起的增量实测位移与相应的反分析位移均方差作为目标函数,分层进行围岩力学参数反演分析,得到上、下游厂房不同的地应力参数及地下厂房在开挖每层时围岩的岩体力学参数。结合反演得到的这些地应力场与围岩力学参数,对后续开挖时厂房围岩稳定性进行评价与预测,提出拉西瓦地下厂房围岩稳定性判定标准。该标准为后续地下厂房监测变形控制提供依据,有效地指导厂房支护设计与开挖施工。     

地下洞室群围岩稳定性分析及其结果的可视化

大型地下洞室群的稳定性是地下水电站面临的一个关键问题,三维非线性有限元方法常常用于评价地下洞室群的稳定性。介绍了有限元方法用于评价地下洞室群稳定性的基本方法,包括岩体本构模型的选择、非线性迭代方法、围岩失效准则、围岩稳定性评价指标以及锚杆和锚索等支护结构的模拟方法。为了实现计算结果的可视化,基于面向对象思想开发用于地下洞室群围岩稳定性分析的可视化软件系统。该软件能够方便绘制各物理量的空间等值线和空间矢量图形,并能显示结构变形以及失效破坏区的分布。除此之外,该软件还可以显示包括锚杆和锚索在内的锚固结构的空间图形和应力情况。最后,采用提出的计算方法和开发的可视化软件进行了工程实例分析。结果显示,提出的计算方法是合理有效的,所开发的可视化软件在计算结果的评价方面显示强大的功能。     

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。