核电工程软岩地基沉降计算及沉降预测

为了解软岩地基的沉降变形规律，基于国内某实际软岩地基核电工程，建立核岛软岩地基三维有限元模型，提出了适应于软岩地基时效力学特性的流变模型，通过二次开发将所提出的黏弹塑性本构模型嵌入到FLAC3D软件中。同时采用的敏感度熵权属性识别综合评价模型对地基软岩力学模型参数进行敏感性分析，并基于均匀设计-改进遗传算法-神经网络集成理论的岩体力学参数反演分析方法，结合现场监测资料，反演获得了地基软岩的弹塑性和黏弹塑性模型的力学参数。利用反演获取的力学参数对已发生的核岛地基沉降变形进行数值重演，分析了当前荷载条件下地基沉降变形量及不均匀变形，并对后续地基沉降变形量及不均匀变形进行了预测。该套分析方法可以用于类似软岩核电工程的地基沉降变形计算以及沉降预测。      

蠕变试验中黏弹组合模型参数确定方法的探讨

黏弹性组合模型由于其概念简单，在岩土工程领域已经得到广泛的应用。这类模型及其参数通常是由一维蠕变试验得到，再根据一些常用假设，如常泊松比假设、常体积模量假设等，被应用于三维工程。但由于模型的参数在蠕变试验与工程应用时选取往往不同，而参数的变换关系通常并没有被明确提出，特别是黏性参数也需相应地发生变化的这一事实，则经常被忽视。根据上述两种常用假设下的三维蠕变方程，利用一维蠕变应力特点，间接得到一维蠕变方程，从理论上明确地体现出这两种假设下材料的不同蠕变方程。在此基础上，建议黏弹组合模型参数的确定方法。然后，采用岩土工程领域中广泛使用的广义Kelvin模型来进行说明，对比不考虑任何假设的常规方式下的参数选取，给出该模型在两种不同假设情况下的变换关系。最后，通过算例验证该变换关系。     

黄金峡水利枢纽大坝左岸Ⅰ区结构面控制型边坡变形机制及稳定性分析

黄金峡水利枢纽大坝左岸Ⅰ区边坡开挖施工阶段发现了多条断层和多组裂隙,出现了多次变形突变现象,呈台阶状跳跃增长,且变形大多位于深部10~30m,局部累计监测变形值超过100mm。根据地质、监测及坡表开裂等资料综合分析影响边坡变形的关键因素,并采用三维数值计算方法论证加固效果,复核边坡稳定性。结果发现Ⅰ区边坡是典型的结构控制型边坡,变形范围及深度与结构面fz39、L920位置吻合,变形破坏模式主要是结构面fz39、L920构成的块体KT21滑动破坏。现状条件下边坡已接近临界状态,考虑削坡减载和边坡中下部增加大吨位锚索后,边坡安全性得到显著提升。研究结果丰富了边坡稳定性研究的工程实例,为工程自身建设提供了重要的技术支撑。     

第三系泥岩隧洞围岩大变形成因及应对措施

围岩大变形是软岩隧洞建设中危及隧洞施工及长期安全的重大工程灾害之一。结合第三系泥岩隧洞出现的显著围岩大变形及支护结构破坏等现象的工程现场调查,通过开展围岩监测、室内试验及数值模拟等工作,获得了第三系泥岩隧洞围岩大变形的主要成因和发生机理。研究表明:触发该隧洞围岩大变形的主要因素是低岩石强度条件下隧洞开挖卸荷引起的塑性变形以及地下水对围岩的软化作用,围岩挤压膨胀变形和不同岩层间的非一致变形共同主导了支护结构的破坏;围岩大变形的发生机理主要体现在第三系泥岩洞段横穿一条常年流水的冲沟,加之隧洞中部透水性良好的砂砾岩层,使得隧洞开挖后围岩含水率显著增加,第三系泥岩遇水泥化、软化,强度显著降低并呈现出一定的膨胀性,最终促使围岩产生显著的大变形。在此认识的基础上,提出了提高钢拱架型号、增强钢拱架之间的纵向连接、增设底拱外八字锁脚锚管、施加初期支护与二次衬砌之间的聚乙烯缓释消能层等应对措施,实施后的现场监测结果表明,所提出的控制措施有效解决了第三系泥岩洞段开挖过程中的软岩大变形难题。     

长距离隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系和布置设计

长距离输水隧洞等线路工程建设将不可避免地穿越活动断裂带,引发隧洞结构变形失稳风险。可靠的结构安全监测方案是有效监控隧洞结构安全状态、评价抗错断措施适应性的必要手段,目前还少有与隧洞穿越活动断裂带结构安全监测体系相关的研究。针对该问题,提出了过活动断裂带隧洞结构安全监测的“五适应”设置原则,即:与现行规范或技术标准相适应、与活动断裂带活动特征相适应、与隧洞结构变形规律和破坏特征相适应、与抗断措施相适应、与隧洞开挖施工方法相适应。然后,以滇中引水工程香炉山隧洞为对象,根据断裂带蠕滑作用下的隧洞结构变形破坏规律,开展了基于“五适应”设置原则的安全监测体系和布置设计研究。研究认为香炉山隧洞在穿越丽江-剑川断裂时,应以围岩变形、接缝开合度等为主要监测项目,以接缝剪切压缩量和混凝土压应变等为基本监测内容,以影响带-主断带的交汇区域为重点关注区域,以位错计、错缝计、应变计和压力计为监测仪器,并明确了与监测对象同步实施的布置时机。由此建立隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系,为隧洞过活动断裂带的安全监测布置设计提供了有益的思路。     

高地应力硬岩大型洞室群围岩变形破坏与岩石强度应力比关系研究

岩石强度应力比是表征围岩稳定性的重要指标之一。研究围岩变形破坏与强度应力比的关系,揭示二者间的规律性联系,对高地应力硬岩大型地下洞室群围岩稳定性控制具有重要意义。以具典型高地应力特点的锦屏一级水电站和猴子岩水电站2个硬岩大型洞室群为研究对象,首先系统梳理了2个工程的围岩岩性、岩石强度和初始地应力等工程地质条件,并详细统计了洞室群施工期围岩破坏类型和数量;通过对地下洞室群围岩的岩石强度应力比进行分区,并结合围岩140多个破坏现象和发生部位,建立了高地应力硬岩大型洞室群围岩变形破坏与岩石强度应力比之间的联系;采用不同的初始地应力分级标准,并结合洞室群围岩破坏特征,验证了基于强度应力比修正的地应力分级标准对高地应力硬岩洞室群的适用性,揭示了围岩应力诱导型破坏随岩石强度应力比的变化规律。研究成果有助于今后高地应力条件下硬岩大型地下洞室群施工期围岩破坏类型预测,并为提出具有针对性的施工期围岩稳定控制措施提供参考。     

速凝浆液岩体倾斜裂隙注浆扩散模型研究

针对以往渗透注浆扩散模型常以水平平板裂隙面为前提,未考虑岩体裂隙面产状对注浆扩散机制的影响问题,选取工程地质灾害处理中常用的水泥-水玻璃双浆液(C-S浆液)为速凝类注浆材料,将C-S浆液流型看成是具有黏度时变性的宾汉流体进行分析。基于流体力学理论及粗糙裂隙等效水力开度的确定方法,同时考虑了浆液自重作用的影响,建立了恒速率注浆条件下反映浆液黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型。在此基础上,推导了浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,定量确定了注浆压力与注浆时间及浆液扩散距离的关系。最后,借助于室内试验和有限元分析程序,研究了恒速率注浆时不同裂隙面产状下的浆液扩散规律,并将数值模拟结果与理论计算值进行对比,进一步验证了所建立的注浆扩散模型的有效性和合理性。研究成果可为注浆工程速凝类浆液注浆参数的确定提供借鉴。     

国际著名专家Goodman教授和Sitar教授访问长江科学院并做学术报告

正2014年5月27-28日,国际著名专家、美国加州大学伯克利分校Richard E.Goodman教授和Nicholas Sitar教授访问长江科学院,长江科学院和湖北省岩石力学与工程学会联合举办了Goodman教授和Sitar教授的学术报告会,来自长江科学院、长江勘测规划设计研究院、武汉理工大学、中国地质大学(武汉)、武汉大学、中国科学院武汉岩土力学研究所等单位的专家学者约150人参加了报告会。会议由长江科     

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。     

基于均匀设计-响应面-有限元法的软岩隧洞围岩与衬砌结构协同承载可靠性分析

软岩隧洞围岩力学特性和衬砌结构受力皆具有显著的随机性、未确知性等不确定性,基于确定性分析的结构安全设计方法往往难以全面合理地反映软岩隧洞工程的复杂性;传统的可靠度计算理论则对于由围岩和支护系统构成的地下结构真实的功能函数无法从理论上给出显式表达,从而制约了可靠度计算理论在隧洞工程中的应用。在以数理统计方法为核心的可靠度计算理论基础上,结合均匀设计方法、响应面法和有限元数值模拟方法,借助于《水工隧洞设计规范》(SL 279—2016)中衬砌结构的承载力极限状态函数,构建了围岩和衬砌结构协同承载的荷载效应响应面显式表达式,由此提出了一种软岩隧洞围岩和衬砌结构协同承载的可靠性评价方法。采用该方法分析了影响联合承载特性的单因素随机变量,辨识了影响围岩和衬砌结构协同承载可靠性的主要因素,最后将该方法应用到具体工程中进行检验。通过与传统可靠度计算方法进行对比可知,该方法满足了精度,简化了流程,提高了效率,表明其具有很好的适应性和可行性。