三峡工程地下厂房定位块体分析与厂房轴线选择

应用块体理论,对两种设计方案条件下,三峡地下厂房围岩中的大型断层定位块体几何特征与滑动模式进行了分析,并考虑各种加固方式,校核了块体的稳定性,在此基础上,对地下厂房轴线的合理选择进行了论证.     

岩体随机不连续面产状数据划分方法研究

动态聚类算法从本质上讲是单目标组合优化算法,一般需要事先给定目标分类数和初始聚类中心,且初始聚类中心的选择对数据划分结果影响较大。为了解决该问题,提出将产状数据的划分问题转化为多目标优化问题,并采用小生境Pareto遗传算法进行求解。针对聚类问题的特殊性,采用基于链表的编码方案,并建议相应的遗传操作算子;通过引入小生境技术和Pareto支配集理论,仅通过一次求解可由Pareto支配集给出对应于不同目标组数的最优分组结果,而且不用事先给定目标组数以及初始聚类中心。最后,将算法应用于三峡船闸高边坡岩体实测不连续面产状数据的划分,得到较为符合实际的优势结构面分组。     

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。     

高应力下岩石非线性强度特性的试验验证

 深埋工程岩体开挖后围岩的强度特性表现出明显的非线性特征。基于室内岩石三轴加载及卸荷力学试验成果，对高应力下岩石的非线性强度特性予以验证，并开展高应力下应力路径对强度参数影响规律研究。采用已有的二次抛物线型、双曲线型、幂函数型等型式的包络线来研究强度特征的非线性，结果表明，幂函数型Mohr准则能够作为在高应力加载和卸荷应力路径下的岩石破坏的强度判据。在低围压下(＜10 MPa)，三轴卸围压破坏强度要小于常规三轴强度；而在高围压下，前者略高于后者。内摩擦角的正切值与等效法向应力的函数关系表明岩样的实际内摩擦角并不是一个不变值，具有幂函数关系的非线性特征，在低应力下卸载破坏内摩擦角要比常规三轴压缩剪切内摩擦角略大，在高应力下则相反；根据Mohr准则中内摩擦角与理论破裂角之间的关系，随着应力增加它们的破裂角均呈非线性衰减并趋向π/4。     

唐家山堰塞坝形成机制DDA模拟研究

为了研究唐家山堰塞坝的形成机制，采用了兼有真实时间和非连续大变形分析于一体的非连续变形分析方法（DDA）。以DDA方法为基本研究手段，以唐家山滑坡完成后形成的堰塞坝形态和位置作为目标函数，对唐家山滑坡过程进行复演； 通过对滑床强度参数、地震荷载以及河床泥沙等滑坡过程的主要影响因素进行深入研究，探讨了地震荷载下高速滑坡的形成机制。研究结果表明，唐家山滑坡原因是汶川强地震载荷作用，使得滑坡滑床强度参数由静强度参数降低为动强度参数，由此引发高速滑坡。滑坡从启动到停止，其速度变化曲线具有显著的非线性特征。滑坡滑动总的持续时间约37 s，其中，在0 ~25 s内滑坡速度较大，最大滑速达25 m/s, 平均滑坡速度15 m/s。滑坡体高速滑到河川后，形成堰塞坝，在滑体中下部主应力方向发生偏转，最大主应力与河床边界近于平行，量值达6~7 MPa。在滑体前缘与后缘一定范围，滑体被解体，应力较小。     

无网格法对岩体不连续面的模拟

 鉴于以Goodman单元为代表的界面单元在传统有限元法中取得了广泛而成功的应用，因而采用无网格法进行岩土工程数值分析时，首先考虑引入Goodman单元以模拟不连续面。详细分析将Goodman单元引入无网格法模拟不连续面的可行性和当前研究所存在的问题。研究结果表明，由于Goodman单元最初的应用对象是有限元法，其位移模式实质是为了实现与其相连接的有限单元相协调；而无网格的位移模式是基于离散节点的，对于不同的待插值点，影响域覆盖该插值点的节点及其数量也不相同；因而必然存在着无网格法的位移模式与Goodman单元边界上假定的位移模式不相协调的问题。解决这个问题的关键是在考虑节理单元的刚度对总体刚度矩阵的贡献时，应采用数值积分计算得到节理单元的刚度矩阵而不是简单的将传统解析表达式累加到求解系统的总体刚度矩阵中去；考虑到上述特点，界面单元可以隐式或显式出现在计算模型中。以自然单元法为例详细介绍显式和隐式Goodman单元的具体实现方案，并给出相应的算例进行数值验证和对比；所提出的思路对于一般的无网格方法都是适用的。     

某水电站引水隧洞突水数值模拟

 离散元软件 UDEC 可以用来模拟裂隙岩体的开挖以及进行水力全耦合分析。采用 UDEC 来模拟裂隙岩体开挖后在水力耦合作用下渗流流量与其对应水压力的变化过程并预测可能发生的突水灾害。结果表明开挖洞室以后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量三者相互作用、相互依赖。裂隙隙宽的减小使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加。裂缝隙宽增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低。在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。西南某水电站在深部裂隙岩体中开挖引水隧洞,该处地应力高且外水压大,容易引起突水灾害,对其进行了突水数值模拟,提示了一些可能发生突水的位置。     

Windows环境下块体理论工程分析软件的初步开发

 简要分析了国内外块体理论研究与工程计算分析程序的发展状况,采用Visual Basic语言、OpenGL与API技术,进行了Windows软件开发,并增加了最新研究成果。初步开发的工程分析软件具有赤平投影、包括凹形块体在内的块体形态分析、块体稳定性分析与锚固支护建议、洞室内最大块体形态分析、随机块体分析等工程应用中必备的功能。软件通过人机交互界面或文件形式进行数据输入、计算结果图形化显示、并与AutoCAD或PostScript等通用图形软件接口,可方便地实现软件的操作使用。目前的软件已在一些工程中得到应用。     

应用PLAXIS有限元程序进行渗流作用下的边坡稳定性分析

 为了进行渗流作用下的边坡稳定性分析，必须考虑 渗流场与应力场之间的相互耦合作用。目前对渗流作用下边坡稳定性的分析一般都是通过自 编程序进行的，通常都是先对渗流进行有限元数值模拟，然后再对边坡采用条分法进行稳定 性分析。目前国际上关于渗流作用下边坡稳定性的分析方法发展较快，已经可以采用有限元 强度折减法来进行分析计算，尤其是PLAXIS有限元程序对于这方面有较好的适用性。应用PL AXIS有限元程序采用有限元强度折减法，进行了渗流作用下的边坡稳定性分析，并用ADINA 和GEO -SLOPE程序进行了验算。       

高围压岩石三轴流变试验仪研制

 TLW -2000型岩石三轴蠕变试验仪是经科技部资助对原流变试验设备进行技术升级与改造项目的主要成果，能自动稳压、自动记录并能进行高围压三轴流变试验。介绍了该仪器的升级改造、各项性能指标校准及通过三轴流变试验对设备进行测试的情况。该设备稳压系统升级改造采用先进的伺服控制、滚珠丝杠和液压等技术组合，达到了良好的稳压效果。