锦屏二级水电站引水隧洞TBM开挖方案对岩爆风险影响研究

 为了提高施工效率,降低现场施工人员和设备的风险,锦屏二级水电站1#、3#引水隧洞采用大断面TBM进行施工。超大埋深TBM全断面施工,对于等级较强的岩爆,仍然可能会给TBM设备带来一定伤害。为此,通过微震实时监测和数值分析等手段,开展了TBM施工速度、导洞施工等TBM开挖方案对岩爆风险的影响研究。结果表明,降低TBM施工速率,有利于降低岩爆发生的风险;导洞施工+TBM联合施工对于极强岩爆风险的防范是十分有利的。研究成果可为TBM安全快速掘进提供重要的参考价值,也将为其他工程提供借鉴,具有重要的工程价值。     

锦屏二级水电站施工排水洞岩爆数值模拟

岩爆是一种极为复杂的动力失稳现象.在深埋隧洞的勘察设计和施工过程中,高地应力及其诱发的频繁岩爆,是影响隧道洞室稳定的重要因素之一.作为四川雅砻江锦屏二级水电站的重要的临时工程,施工排水洞在进入埋深1600m后就发生多次岩爆, 严重制约了工程的进展,为了研究岩爆发生机理与高地应力之间的关系以及更好地预测岩爆在隧洞内发生的位置,运用渐进破坏过程数值分析软件RFPA(realistic failure process analysis)对施工排水洞进行初步的应力分析,得出与现场实测相吻合的初始地应力拟合曲线.同时,隧洞开挖引起应力重分布而产生的围岩破坏的数值模拟也很好的印证了现场发生的岩爆情况,表明基于渐进破坏过程数值分析的RFPA可以真实地模拟高地应力下岩爆机理.     

隔河岩水电站边坡岩体宏观力学参数的有限元反演分析

首先根据隔河岩水电站边坡的特点,选择具有控制性影响的区域的岩体,建立数值模拟试验模型;接着采用卸荷岩体力学参数的分析方法,利用大型有限元分析程序ADINA对其进行反演分析,得出其宏观力学参数和这些参数的劣化规律。     

关于分形理论及其在岩石断裂中的应用

介绍了相关分形几何的发展历程，归纳了分形理论中所涉及的数学基础及研究方法，阐述了应用于岩土工程中的分形损伤和分形断裂理论，以及分形理论(力学)在相关岩土工程中的应用。     

深埋长大水工隧洞群建设与运行关键技术研究与实践

随着我国西部多项水利水电、铁路、公路等国家重点工程建设,深部地下工程面临的工程技术问题越来越突出.锦屏二级水电站拥有7条横穿锦屏山的水工隧洞群,隧洞群总长达120km,最大埋深2525m,最大实测地应力超过100MPa,围岩地下水压10MPa以上,属极端复杂环境下的地下工程建设.设计和施工过程中除了面临高地应力及岩爆、超高压大流量岩溶地下水等地质问题,还面临由此带来的引水隧洞快速、安全施工技术难题;需做好长隧洞的安全监控,确保复杂环境下隧洞群的长期安全稳定运行.为此,雅砻江公司组织参建单位开展了产学研联合攻关,解决了制约本工程建设与运行的关键技术问题,形成了深埋长大隧洞群设计、施工与运行的相关成套技术,推动了相关行业技术的进步,为我国后续深部地下工程开发提供了示范.     

含节理大理岩变形和强度特性的试验研究

 锦屏二级水电站处于高地应力区域,引水隧洞开挖后岩体变形和稳定问题十分突出。从辅助洞取样制备含节理试件,采用MTS815.03岩石三轴试验机,开展了含天然节理大理岩试件的常规三轴压缩试验。试验中,节理面与最大主应力夹角θ为29.3°～56.0°,围压为5～40 MPa。通过试验结果分析,主要得到如下结论：(1) 试件共有两类破坏形式：穿切节理面破坏和沿节理面滑移。试件破坏形式主要取决于节理面与最大主应力夹角大小。在试验围压范围内,围压高低对试件破坏形式没有影响。(2) 试件变形特征取决于节理面与最大主应力夹角的大小,并受围压高低影响。(3) 试件轴向变形曲线均具有较好的线性段,但其轴向等效弹性模量均显著低于完整岩石弹性模量。(4) 试件强度首先取决于θ的大小,θ＞40.0°的试件破坏强度与完整岩石相当;θ＜40.0°的试件破坏强度较完整岩石有显著降低,不同节理强度差异是导致不同试件破坏强度差异的主要原因。     

层理煤岩动态破坏能量变化规律及损伤特征

利用Φ50 mm霍普金森压杆试验系统,对平行、垂直两种层理煤岩展开单轴冲击压缩试验,探讨不同应变率下层理煤岩动态破坏的能量变化规律和损伤演化特性,并引入裂纹扩展系数K分析其能量耗散全过程,以期更好地为层理煤岩开采破碎、灾害防治提供参考。研究表明:层理煤岩应变率效应明显,且存在特征界限响应应变率;随着应变率的增大,层理效应对煤岩力学特性参数及能量变化规律影响呈减弱趋势。垂直层理方向加载能够较大地抑制能量吸收与裂纹扩展,沿层理面方向加载可以有效提升煤岩破碎效果。基于能量耗散理论定义的损伤变量随时间呈S型增长,抗压强度对应的损伤变量随应变率呈线性减小,且平行层理煤岩减小速率较垂直层理煤岩大。     

关于常用断裂判据

介绍了断裂力学中常用的三个断裂判据:应力强度因子K、能量释放率G、J积分,以及三者之间的相互关系;讨论了断裂韧度,并对确定应力强度因子K的方法作了阐述。     

锦屏二级水电站长引水隧洞高地应力下开敞式硬岩隧道掘进机安全快速掘进技术研究

 对开敞式硬岩掘进机在锦屏二级引水隧洞群中的应用经验进行总结和梳理,首先针对锦屏二级水电站高地应力下开敞式硬岩隧道掘进机(TBM)设备选型及掘进参数的优化进行研究,合理确定设备结构及掘进参数;采用BEAM,TSP,地质雷达等手段综合开展掌子面前方超前地质预报,取得良好的预报效果,并制定相应的预处理措施。首次在国内水电工程中开展微震监测系统试验及应用,进行高地应力下岩爆风险预测预警研究,较为准确地预测了岩爆发生的大致范围,并开展一系列防岩爆支护措施的试验研究工作,取得较好的效果,有效降低岩爆风险和危害。最后,对如何实现TBM安全快速掘进进行综合分析研究,对今后开敞式TBM的选型和使用提供参考意见。     

D-P准则与岩石断裂韧度KⅠc,KⅡc关系的研究

通过断裂力学中裂纹端部的应力叠加,得出拉剪裂纹的端部总应力,代入D-P破坏准则,经推导得出D-P准则与岩石断裂韧度KⅠc,KⅡc的相互关系.并以三峡永久船闸高边坡为例,说明该推导的合理性.