某水电站大型地下洞室群围岩支护模拟分析

针对某水电站大型地下洞室群中大跨度、高边墙等因素对围岩稳定性的影响,采用有限差分法建立了大跨度、高边墙地下洞室群的三维计算模型。通过对比无支护与支护条件下的数值模拟结果,研究了支护对围岩应力、位移及塑性区分布的影响。结果表明,在开挖形成大跨度、高边墙的过程中,洞周围岩位移、应力值受影响显著,塑性区分布范围较大;施加支护后,洞周围岩变形减少了约23%,围岩变形得到了有效控制;应力集中和围岩塑性区分布范围均有所减小。     

基于实测地应力的丹巴水电站深埋软岩引水隧道变形破坏规律及稳定性研究

鉴于地应力对地下工程围岩稳定性的重要影响,以深埋软岩隧道为背景,在现场地应力测试基础上,利用FLAC3D数值模拟软件分析隧道开挖围岩应力、位移、塑性区分布规律及稳定性。结果表明,隧道埋深较小时,最大主应力为16.81~16.83MPa,属中等地应力区,方向为N30°~36°W,与隧道轴线夹角较小;埋深较大时,最大主应力为27.56~31.22 MPa,属高地应力区,方向基本偏转90°,与隧道轴线夹角较大。隧道开挖应力最大为50 MPa、变形量峰值为36.88mm、塑性区最大深度为3.3 m,围岩整体稳定性差。现场变形量、松动圈及破坏特征监测结果验证了数模结果的合理性。研究成果可为类似工程提供参考。     

CCS水电站地下厂房施工过程中围岩稳定性分析

CCS水电站地下厂房由主厂房和主变室组成,为超大断面地下洞室,其开挖过程中围岩应力、变形等特征决定着地下厂房施工和运营过程中的安全性和可靠性。通过分析工程地质条件,选取#8机组剖面建立地质概化模型,采用有限元程序Phase 2建立数值分析模型,基于弹塑性本构关系对施工开挖和支护进行数值模拟,研究开挖过程中围岩变形场、应力场及塑性区的分布及变化特征。结果表明,洞室顶拱的变形和应力集中主要产生在当层开挖,后续开挖对其影响较小,围岩趋于稳定;主厂房、主变室洞周岩体均呈现出向岩体内延伸的塑性区,塑性区岩体的破坏以剪切破坏为主;锚杆和喷混凝土支护对围岩的变形影响较小,对围岩的应力集中、拉应力区和塑性区有一定程度的改善。该研究结论和方法为地下厂房的施工开挖和支护设计提供了参考。     

深埋隧洞工程的支护方式对围岩稳定性的影响研究

利用三维拉格朗日有限差分法对某深埋隧洞工程进行分步开挖支护数值模拟,对比分析了隧洞在无支护、锚杆支护、衬砌支护及复合支护下围岩的应力、位移和塑性区分布,对地下隧洞工程设计与施工提供了参考依据.     

基于流固耦合作用的迎泽湖下盾构隧道稳定性分析

为探索太原地铁2号线盾构隧道下穿迎泽湖段施工过程中存在的安全隐患,基于流固耦合理论,运用FLAC3D建立三维数值模型,研究了盾构掘进过程中隧道拱顶沉降、围岩孔隙水压力、围岩竖向应力及管片应力的分布规律。结果表明,施工过程中,隧道拱顶沉降值逐渐增大,且土体后期固结沉降量所占比重较大;盾构掘进开挖极可能造成隧道拱腰两侧发生涌水事故;随着盾构隧道的推进,围岩竖向应力值逐步变大,且在隧道周边产生应力集中现象;盾构掘进过程中管片衬砌环上无拉应力产生,不会出现开裂现象。     

地下厂房洞室群围岩三维非线性粘弹塑性流变分析

地下洞室围岩在软岩地质条件下会产生流变效应,考虑"围岩—喷锚支护"系统的整体力学效应,在西源模型的基础上,提出了以塑性屈服函数及应力水平和长期强度大小关系为两个控制参数的双开关西源模型,建立包含流变时间、应力水平和塑性屈服函数等在内的粘弹性应变增量和粘塑性应变增量表达式;岩石未进入塑性屈服状态只考虑粘弹性应变增量,进入屈服状态后就应考虑粘塑性应变增量。将建立的非线性粘弹塑性流变模型编入三维弹塑性有限元程序,利用初应变法将应变增量转化为该应力水平下单元虚拟节点荷载,考虑锚杆、锚索的加固效应和喷层提供的支护抗力,最终求解围岩塑性区范围及其应力、应变和位移。以某抽水蓄能电站地下厂房洞室群为例,分析其"围岩—喷锚支护"系统30d流变过程中围岩塑性区、变形位移及锚杆应力变化规律,结果表明所建非线性粘弹塑性模型能较好地分析地下洞室的流变效应,可为工程设计施工提供合理建议。     

某软岩硐室支护时间研究

为揭示某软岩硐室的合理支护时间,结合调压井硐室的结构特征,建立三维有限元模型,基于幂律流变模型,研究了无支护(方案1)、及时支护(方案2)、滞后15d支护(方案3)、滞后30d支护(方案4)四种方案下施工期及完建150d内衬砌的位移、应力和围岩塑性区开展范围。结果表明,方案3衬砌的应力水平和位移较其他2种支护方案小,最大压应力约为方案2的64%、方案4的70%;最大位移约为方案2的2倍、方案4的1.5倍;支护越及时,围岩的塑性区开展范围就越小,但方案3围岩最大塑性区范围为8.5m,与方案2的围岩塑性区相差较小,且塑性区发育深度小于围岩锚固深度,从充分发挥围压自承能力和支护结构的安全性角度综合分析,建议采用方案3。研究结果为此类工程设计提供借鉴。     

引水隧洞穿越大型断裂带围岩力学响应

针对引水隧洞地质条件复杂、岩性差异大的特征,建立仿真三维模型,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,以分段开挖方式,对比纯开挖、支护开挖围岩径向位移、应力响应差异,分析研究隧洞穿越大型断裂带过程中的围岩力学行为。结果表明,断裂带右侧初始自重应力明显偏低,附近石灰岩段存在应力集中现象,开挖后断裂带左侧洞顶径向位移明显大于右侧;纯开挖时,已开挖部分洞壁径向应力趋于零,掌子面前方约3倍洞径范围应力释放与应力集中现象突出,各分段掌子面附近出现径向位移极小值点;开挖支护时,已开挖部分洞壁径向应力维持在较高水平,处于三向压缩状态,掌子面前方应力集中现象减弱,在各分段开挖掌子面前方应力释放区内,径向应力极小值点和径向位移极大值点一一对应,间接反映支护时机对围岩力学响应的影响。研究成果可为引水隧洞施工提供指导。     

考虑流固耦合效应的水下隧道开挖工序模拟

采用FLAC3D数值方法并考虑流固耦合效应对静水平面17 m下隧道施工进行数值模拟,比较分析了不同工法开挖的围岩渗流、位移、应力及塑性区的变化。计算结果表明,CD法需注重隧道拱部预注浆堵水加固,台阶法需加强全断面预注浆堵水加固;考虑流固耦合影响后,隧洞围岩压力相对减小30%;且不同工法开挖〖JP2〗情况下,流固耦合效应对隧道支护结构的扁平效应影响不同;拱顶与拱脚是水下隧道施工应重点关注的部位。     

浅埋深大断面巷道围岩支护应力有限元分析

以浅埋深大断面Ⅳ级破碎围岩巷道作为研究对象,采用有限元数值法对初始应力状态和掘进成巷支护状态下的巷道围岩重分布应力进行了分析,结果表明:在初始应力状态下,巷道围岩应力呈均匀带状分布,无应力集中现象;在掘进成巷支护状态下,巷道围岩应力集中现象缓解,集中面扩散,支护后处于松动区的围岩变得稳定,塑性区应力减小为弹性区应力。     

三里坪水电站地下厂房洞室群开挖后围岩稳定性分析

根据三里坪水电站地下厂房工程地质条件及洞室群布置情况,采用二维有限元软件Phase2建立典型的Mohr-Coulomb岩体弹塑性模型进行数值模拟分析。结果表明,未采取支护措施时主厂房、主变室应变及围岩塑性区较大,采取支护措施后洞室群围岩位移变形、应力、塑性区均满足设计的围岩稳定性要求。     

大断面隧洞上穿既有隧洞结构安全分析

为分析丽水机场沙溪排水隧洞上穿既有玉溪引水隧洞工程可能造成的影响,采用有限元模拟法,综合考虑了大断面隧洞开挖引起的围岩应力重分布和爆破振动影响,研究了新建大断面隧洞自身的围岩受力和变形特征,及新建隧洞开挖、爆破施工引起的既有隧洞衬砌受力变形及动力响应。结果表明,在完成开挖后,新建排水隧洞的最大位移发生在拱顶处,围岩及衬砌结构受力变形满足设计要求;既有隧洞沿竖向发生隆起变形,最大隆起量为6.3mm,横向拱腰处发生向内的水平位移,最大水平位移为0.76mm,最大值均发生在隧洞交叉点处;既有隧洞衬砌结构最大压应力为30MPa,无拉应力,满足衬砌结构抗压和抗拉强度要求;新建隧洞爆破施工导致既有隧洞的最大质点振动速度满足爆破安全规程规定,说明新建大断面隧洞采用分层分块小断面控制爆破施工技术可有效控制爆破施工对临近结构的影响。     

超大断面隧道软弱破碎围岩开挖方案选择及应用效果分析

针对粤东丘陵区某超大断面隧道进口段围岩较软弱破碎、处理不当极易坍塌的问题,为确保工程在该不良地质条件下顺利施工,采用FLAC3D数值软件对超大断面隧道软弱破碎围岩开挖进行数值模拟,通过对比分析双侧壁导坑开挖法和三台阶开挖法对围岩变形、塑性区分布的影响程度,寻找出最适合该隧道Ⅴ级软质破碎围岩段的经济、快速施工方法。将现场监测的围岩变形数据与数值仿真计算结果进行对比表明,三台阶开挖法可以更有效地控制超大断面隧道软弱围岩变形,适合于超大断面隧道软弱破碎围岩段的快速施工。     

基于Hoek-Brown准则的寒区隧道围岩弹塑性分布影响因素分析

为定量确定寒区隧道开挖支护后的弹塑性应力场与塑性区半径,建立衬砌—正冻围岩—未冻围岩简化力学模型,以Hoek-Brown破坏准则为极限平衡条件,推导出寒区圆形隧洞理想弹塑性围岩的塑性区半径解析解。根据Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则的参数等效方法,对比了两种准则在不同原岩应力和围岩单轴抗压强度下塑性区分布的差异,并考虑了冻胀深度、衬砌弹性模量对冻胀力与弹塑性分布的影响。研究表明,围岩冻胀力σf与冻胀深度近似呈正线性相关,衬砌弹性模量在一定范围内对围岩冻胀力σf*有显著影响;塑性区半径Rp对围岩单轴抗压强度在一定范围内的变化十分敏感,甚至可达8～10倍洞径;高地应力条件下,基于Hoek-Brown准则与Mohr-Coulomb准则求解的塑性区半径与原岩应力p0的敏感性有差异,但均与原岩应力呈正相关。     

引水隧洞初期支护及其施加时机对围岩稳定性的影响

为研究初期支护对水工隧洞开挖后围岩稳定性的影响,以Hypermesh平台建立有限元模型,采用ABAQUS作为计算和后处理软件,分析了裸洞开挖以及在不同时机施加初期支护时围岩的变形、应力和塑性破坏区,探究了工字钢采用等效模拟的可行性。结果表明,采用等效参数法模拟钢拱架合理,初期支护可有效提高围岩的稳定性,且随着施加时机的提前,围岩稳定性越好,但同时支护结构的受力会越大。为减轻初期支护的负荷,需要充分发挥围岩自身的承载能力。因此,合理选择最佳施作时机十分重要。     

深埋节理岩体隧洞开挖与支护的3DEC模拟

针对埋深大、结构面复杂的隧洞稳定性及支护效果,应用离散元法对建立的节理岩体隧洞模型分别模拟隧洞开挖与支护后的隧洞围岩应力及位移变化。结果表明,隧洞开挖后围岩变形稍大,并需考虑地下水对隧洞围岩的影响,需对隧洞进行支护处理;支护后的隧洞围岩位移变形减小,围岩稳定性得到增强。