拦石方案在岩溶洼地中的应用——以FAST工程为例

国家天文台500 m口径球面射电望远镜(简称FAST)是建设在天然超大型岩溶洼地内的国家大型科学项目。由于该工程所处喀斯特洼地,周边陡崖、峰林环绕,岩堆、危岩及崩塌密布,洼地内无平坦的场地供工程拼装使用,如何防治陡崖崩塌同时解决拼装场地是该工程需要解决的问题。     

拦石方案在岩溶洼地中的应用——以FAST工程为例

国家天文台500m口径球面射电望远镜(简称FAST)是建设在天然超大型岩溶洼地内的国家大型科学项目。由于该工程所处喀斯特洼地,周边陡崖、峰林环绕,岩堆、危岩及崩塌密布,洼地内无平坦的场地供工程拼装使用,如何防治陡崖崩塌同时解决拼装场地是该工程需要解决的问题。     

FAST岩土工程模型实验简介

FAST台址区广泛分布大量岩堆,如何解决台址开挖过程中岩堆的稳定性,是关系到FAST工程安全稳定运营和台址开挖投资控制的关键。我们在岩堆现场调查的基础上,通过岩土工程模型试验,探索验证喀斯特洼地岩堆的特有性质,并对不同支挡方式的稳定性和工作性能进行实验和分析,为FAST台址区岩堆的治理设计提供依据。     

基于BIM技术的FAST工程台址开挖优化

中科院500m口径球面射电望远镜(简称FAST)是利用贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址,建造500m左右球冠状主动反射面望远镜,FAST在洼地中的位置由球面曲率半径、主动反射面口径、球冠张角球底高程等台址参数决定,FAST设计方案的最优化要求以及大窝凼洼地的几何条件复杂性,导致台址开挖中心的选择直接影响挖方工程量及支护工程的造价。为减少支护工程、减少总开挖量,通过Civil3D软件建立FAST台址的BIM模型,对多个不同开挖中心处的开挖工作量进行计算,将计算结果通过函数拟合的方式优选出最佳开挖中心点,并最优化定位了50根支撑柱的平面位置和6个馈源塔塔基的空间坐标。     

开挖边坡变形破坏过程与稳定性分析

随边坡工程大型机械开挖以来,边坡开挖施工过程中常常出现一坡到底的开挖现场,同时开挖边坡一般都要放置一定的时间才能进行防护,有时受某种因素影响,开挖边坡可能放置相当长一段时间才能进行防护,结果造成工程中大量临时边坡失稳。应用数值计算分析了开挖边坡变形破坏过程及对稳定性的影响,同对超高边坡支护提出了建议,研究结果对工程实践有一定的参考作用。     

废浆池基坑放坡开挖施工设计与安全管理研究

文章归纳总结基坑放坡开挖施工安全影响因素,并利用折线滑动法对依托工程边坡稳定性进行计算,在满足规范的基础上加强安全预防措施,保证工程在基坑放坡开挖的安全性并提出工程施工安全管理方法。结论:利用折线滑动法计算基坑放坡开挖的边坡稳定性满足规范要求,工程安全顺利完成施工;安全管理研究提出的预防措施对类似工程具有一定参考价值。     

节理化岩质边坡开挖稳定性分析及支护方案设计

以庄盖高速公路K56+356处岩质边坡处理工程为依托,充分考虑渗流作用,利用建模软件(PGEN)和离散元软件(3DEC)建立真实的岩质边坡三维数值模型,分析各阶梯开挖后岩质边坡的稳定性,结合自编的slope consolidate软件计算锚固力和锚杆数量。分析结果表明:在不采取任何支护措施的情况下,边坡开挖到第四阶梯时,整体沉降量较小,边坡稳定性保持较好。继续开挖,部分块体将发生剥落、滑移等现象,最终导致边坡整体失稳破坏。为了保证工程的正常进行,提出在第四阶梯开挖完成后对边坡进行锚杆加固,在第五阶梯、第六阶梯边开挖边支护的加固方案。     

雅砻江官地水电站料场边坡开挖扰动及其影响因素

 对雅砻江官地水电站竹子坝料场开挖高边坡稳定性及其影响因素进行深入研究;在对边坡失稳破坏模式及岩体力学参数进行分析的基础上,对典型代表性的坡段开挖过程进行非线性有限元模拟,得到边坡应力、位移及其塑性应变等开挖扰动特征及其断层、结构面参数、锚固措施等的影响效应,并对边坡施工过程中及长期稳定性的加固方案提出建议。研究结果表明,采用分步开挖、逐级加固的施工方案对确保边坡的稳定性是有效的,锚固支护不仅可以有效地约束变形,而且还能控制一定方向上的开挖卸荷强度,从而有效降低边坡岩体因开挖卸荷引起的强度损伤或破裂失稳。根据上述研究成果,提出在实际工程应用中进行开挖施工与加固优化的建议;作为重大水电工程的案例研究,所得结论也可对铁路、公路建设中的开挖边坡和矿山的露天矿边坡的治理工程提供一定的参考。     

含软弱夹层岩质边坡开挖模拟及稳定性分析

甬台温复线K30+620边坡拓宽工程开挖坡脚将使坡体内软弱夹层出露坡面,上部岩体临空,对边坡稳定性极为不利。该文章利用岩土通用有限元软件plaxis建立计算模型,用界面单元模拟软弱夹层,分析上述工况下边坡的变形和稳定性,并确定合适的施工方案。此外对不同软弱夹层倾角对边坡稳定性的影响进行了分析。通过数值计算分析得到以下结论:plaxis界面单元可以较好的模拟岩质边坡中的软弱夹层;软弱夹层是影响边坡稳定的控制性因素,当开挖边坡会使软弱夹层出露时,应采取先加固后开挖的施工方案;当上部岩体发生位移时,滑动面基本沿软弱夹层展开;软弱夹层倾角对边坡的稳定性有重要影响,边坡软弱夹层倾角由50°减小到30°,安全系数的变化是一个先减小后略有提高的过程;抗滑桩对含软弱夹层的边坡有良好的加固效果,当坡体软弱夹层倾角较小时,应先通过数值模拟确定桩径、桩间距等来选择合适的抗滑桩设计方案。     

FAST台址区岩堆的岩土工程治理对策研究

FAST项目属国家重大科技基础设施之一,台址区岩堆为影响开挖的主要灾害,必须对其进行治理,本文在分析岩堆特征的基础上,根据岩堆稳定性的不同情况,分别提出其防治方案,同时对不稳定岩堆提出空间格构网壳的治理对策。     

Concept development of an underground research tunnel for validating the Korean reference HLW disposal system

In order to dispose of high-level radioactive waste (HLW) safely in geological formations, it is necessary to assess the feasibility, safety, appropriateness, and stability of the disposal concept at an underground research laboratory (URL) constructed in the same geological formation as the host rock. In this study, minimum requirements and the conceptual design for an efficient construction of a small scale URL were derived based on a literature review. To confirm the validity of the conceptual design for construction at KAERI, a geological survey including a seismic refraction survey, electronic resistivity survey, borehole drilling, and in situ and laboratory tests were carried out. The mechanical stability of the URL was investigated with a consideration of the surface topography, tunnel geometry, tunnel slope, sequential excavation, in situ stress ratio, erosion effect, and rock property variation along the tunnel using the three-dimensional code, FLAC3D. From the study, it was possible to conclude that the small scale URL will be effectively constructed in a granite mass at KAERI and will satisfy the minimum requirements.     

基于BIM技术的岩溶发育区岩质高陡边坡稳定性分析

为解决岩溶发育区岩质高陡边坡研究中特殊地质情况无法可视化表达,以及在复杂地质情况下边坡稳定性分析的数值模拟模型与实际情况不匹配、分析结果不够精确等问题,提出了利用BIM技术对岩溶发育区岩质高陡边坡进行建模并通过多种有限元方法进行对比验证及分析的解决方案。以桂林市兴安至阳朔公路延长线工程K5+420～K5+740段为工程背景,通过地质勘察、钻孔电视、赤平投影和取样试验得到岩土体强度参数等数据,采用钻孔建模与剖面建模相结合的混合建模方法,创建该段边坡BIM三维数字地质模型,将精细化的BIM模型通过布尔运算剖切最不利剖面,无损导入有限元分析软件,并通过有限元分析方法以及摩根斯坦-普拉斯法对该段边坡工程从自然工况到支护加固工况的稳定性及失稳过程进行分析,提高了计算效率和精度。分析了边坡在各种工况下的安全系数、位移及应变云图,查明了边坡在自然工况下易失稳破坏的原因,并进行了支护后再验算。结果表明:在复杂地质情况下构建三维地质模型并结合有限元分析方法进行边坡稳定性分析,其安全系数达到稳定标准; 该研究提高了边坡工程效率,并为边坡工程的设计及施工提供了技术支持和科学依据。     

双滑面岩质边坡稳定性极限平衡计算方法

基于极限平衡理论,综合考虑张拉裂缝积水深度、滑面出流缝是否堵塞、坡顶超载、地震荷载效应以及被动块倾角等因素的影响,推导出了多影响因素条件下含主控弱面双滑面岩石边坡抗滑稳定性系数的表达式,并分析了几种相关参数组合对双滑面破坏岩石边坡稳定性的影响。分析表明:滑面出流缝被堵塞比滑面出流缝未堵塞时对边坡稳定性的影响更大,边坡稳定性随着坡顶张拉裂缝积水深度增加、坡顶附加荷载增大、地震影响效应的增大而减小,在滑面出流缝未堵塞的情况下被动块倾角为20°时双滑面岩石边坡抗滑稳定性系数最大,滑面出流缝被堵塞的情况下被动块倾角为9°时双滑面岩石边坡抗滑稳定性系数最小。针对工程实际,提出了相应的工程建议。     

The characterization of rock slope stability using key blocks within the framework of GeoSMA-3D

Considering the uncertainty and complexity of the influencing factors, the present study focused on the multi-level and multi-index evaluation system for analyzing rock slope stability. Quantitative analysis of the influence degree of the evaluation index on the rock slope stability was carried out by extension theory. The most significant factors affecting rock slope stability and the corresponding evaluation index were obtained. Further, the study presents a concept about the instability characterization coefficient of the key block, which is an important factor controlling slope stability. With this coefficient implemented into the search module of key blocks in the program Geotechnical Structure and Model Analysis-3D (GeoSMA-3D), developed by the corresponding author’s team, a further determination and visualization of key blocks were achieved. However, in many previous studies, there was no good correlation between the theoretical key blocks and the actual rock slope engineering, which led to derailment between theoretical analysis and practical engineering. Hence, this paper proposed the characterization safety factor of rock slope stability that combined the instability characterization coefficient with the weight of key blocks. The influence degree of each key block on rock slope stability was determined by the size of the instability characterization coefficient of key blocks. The weight of each key block on the slope stability was determined by combining this coefficient with the analytic hierarchy process (AHP). The key block information was applied to characterize the rock slope stability. The present study proposed a convenient and feasible evaluation method regarding rock slope stability. For the specific rock slope engineering, the significance of each evaluation index was determined and the most significant index was obtained. The determination and visualization of key blocks and the judgment of the slope stability were investigated, which verified the applicability and feasibility of this evaluation method.     

柔性防护边坡的稳定性分析

主动柔性防护系统以其轻便稳定等优点而被越来越多地应用于边坡浅层防护，现阶段针对某一具体的边坡防护工程，其防护体系的设计多根据设计者的经验确定，对柔性防护的边坡稳定性缺乏定量评价标准。基于主动防护体系的系统构件分析，提出柔性防护边坡块体安全系数的计算方法。在实际计算中，首先根据现场可移动块体的发育特点，验算柔性防护系统所能防护的最大块体体积，然后通过最大可能防护块体与实际块体的比较，评价防护边坡的稳定性。     

基于溶洞随机模型的岩质边坡稳定性评估研究

以城门山铜矿为例,提出了一种溶洞随机模型并将其应用于评估岩溶地区岩质边坡稳定性。钻孔数据统计表明溶洞长度分布服从负指数规律,而石灰岩长度分布是无规则的。基于钻孔数据,分别采用逆变换法和舍选法生成溶洞和石灰岩长度;同时,借鉴极限平衡法中竖直条分思路,将岩溶区域离散为有限数量的竖直条块;在此基础上,开发了溶洞随机模型生成软件。将溶洞随机模型导入极限平衡法,提出了一种岩溶地区岩质边坡稳定性评估方法。研究发现,溶洞随机模型模拟所得的溶洞特征参数与钻孔统计结果非常接近。考虑溶洞影响效应,城门山铜矿典型边坡的安全系数明显降低。该方法对于类似岩溶地区的溶洞分布模型构建以及岩质边坡稳定性评估具有重要的指导和推广意义。     

复杂岩石块体识别的单元重构–聚合方法

 为解决工程岩体开挖中含有复杂开挖边界时的块体识别问题,提出岩石块体识别的单元重构–聚合方法。首先,引入成熟的网格划分技术,通过建立网格模型(如有限元模型),实现对复杂开挖边界的精确模拟;其次,采用基于单元重构技术的结构面建模方法,将分布于岩体内的结构面建入网格模型;然后,提出基于单元聚合技术的块体构建方法和考虑有限性结构面时的单元组处理方法;最终可实现基于网格模型的复杂岩石块体识别。该方法识别所得的块体系统基于网格模型,块体的所有特征信息均可通过模型的单元和节点提取,块体的可视化也可在既有网格模型图形显示平台上实现。算例验证表明,当将结构面分别考虑为无限延伸和有限延展时,该方法的块体识别和稳定分析成果均与通用块体分析软件的结果一致。进一步将该方法应用于水电站大型地下洞室群的块体识别,可证明其应用于复杂岩石块体识别的有效性和优越性。因此,该方法是一种能够考虑复杂工程岩体开挖边界的岩石块体识别的新方法,其实现过程独立于基于拓扑原理的传统块体识别思路,为块体稳定分析提供了新的实现途径。     

考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定分析

 通过试验获取结构面震动劣化效应的数学表达式,并将之运用于岩质边坡的动力稳定性分析中。采用3DEC作为计算引擎,在每一动力计算时步内根据动力响应值实时刷新结构面的强度参数,同时由网格净节点力的矢量计算获取该时刻作用于边坡岩体上的地震惯性力。根据极限平衡理论计算该瞬时岩质边坡的稳定性系数,通过动态计算获取整个地震历时过程的稳定性系数时程曲线,以最小平均安全系数作为最终动力稳定性评价指标,从而提出一种考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定性计算方法。将该方法运用于汶川地震区岩质边坡实例研究中,稳定性分析结果与实际地质调查情况相符,验证该方法的可行性和工程实用性。     

岩石边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体元方法

首先介绍了可用于边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体方法。该法把岩体视为具有弹粘塑性性质的结构面切割形成的刚性块体系统，考虑加固结构件在结构面上变形的协调条件，建立求解块体系统和加固构件系统的变形和破坏过程。然后介绍该方法小湾高洪坝坝肩和坝基开挖施工期稳定性研究中的应用情况。     

基于岩溶发育地质模型的隧道地质预测

为更加系统全面预测和了解可能在隧道施工中遇到岩溶,根据岩溶发育规律和特点,建立了岩溶在水平岩层、倾斜岩层、背斜岩层、向斜岩层地质构造条件下不同节理发育程度和不同位置隔水层情况下的岩溶发育地质模型,根据隧道工程所处的地质环境,利用地质模型判断未开挖岩层中的岩溶发育类型、规模等情况,并结合物探和超前钻探等方法实现隧道未开挖段岩溶的超前预报。实际揭露岩溶情况与预测结果对比表明,岩溶发育地质模型可以从宏观上比较准确地预测隧道未开挖段的岩溶发育情况。