不同应力环境中软弱夹层对洞室围岩稳定性影响研究

不同应力环境中,软弱夹层表现出不同的力学行为,对地下洞室围岩稳定性与支护结构受力的影响差别明显,本文利用奥地利大型岩土工程分析系统FINAL,系统分析不同类别代表性围岩、不同侧压力条件下软弱夹层对隧洞围岩位移场、应力场、塑性区分布以及喷层受力的影响.由于夹层分布在边墙部位时影响最为明显,本文着重研究夹层分布在边墙部位的情况.通过大量的有限元分析,系统地讨论不同侧压力系数下夹层对隧洞围岩位移场、应力场、塑性区分布与喷层变形与应力的影响,总结洞室关键点位移、围岩应力、围岩塑性区以及喷层应力随侧压力系数的变化关系,得到软弱夹层对围岩位移、支护结构内力一些无量纲的量化指标,提出不同应力条件下软弱夹层对围岩稳定性、支护结构安全性影响的一般规律.     

地下洞室三维弹塑性动力显式有限元锚杆模拟

锚杆的数值模拟方法是分析地震灾变中锚杆的作用机理及锚杆支护对地下洞室围岩抗震的加固效果的关键。基于地震动荷载作用下锚杆围岩联合受力机理,在对FLAC3D锚杆模拟算法进行一定改进的基础上,提出了一种适用于抗震分析的全长粘结式锚杆模拟方法,并将该方法应用到自主开发的地下洞室三维显式动力有限元程序中,取得较好效果。该方法继承了FLAC3D中对锚杆、锚杆与砂浆接触面、锚固砂浆、砂浆与围岩接触面及围岩本身共5种结构材料的受力破坏情况的详细模拟,但不再进行相邻锚杆计算段之间的受力平衡迭代,而是将各锚杆计算段的受力转移到单元结点上,将锚杆求解与单元求解相统一,从而降低动力求解中锚杆的计算耗时。同时,详细推导了锚杆各结构材料的屈服极限表达式,缩短了锚杆结构材料屈服判断及应力修正耗时。该锚杆模型与FLAC3D中的模型假定不同,认为锚杆变形由围岩变形引起,各锚杆计算段间受力相对独立,受力并不连续,与地震中围岩锚杆的受力情况较吻合。采用该方法对某地下厂房洞室群进行地震动力时程分析,表明该模拟方法提高了求解速度,充分反映了锚杆对围岩的支护效果。     

地下洞室群围岩关键块体的确定性搜索

为了有效地防止建于坚硬岩体中的水电站地下厂房围岩中的块体崩塌现象,在对荒沟水电站地下厂房系统地质条件详细勘察的基础上,运用适用于分析不连续面发育的破碎岩体的块体理论,依据探硐揭露的不连续面的产状,测点坐标等工程数据,采用矢量分析法编制了洞室稳定性矢量分析程序VATS(Vector Analysis for Tunnel Stability),实现了对地下厂房系统洞室群围岩中关键块体的确定性搜索,获取了生成关键块体的不连续面的可能组合、确切位置及其稳定性参数,并以AUTOCAD程序为可视化平台,图形展示不同部位中关键块体的几何分布特征,从而为开挖及加固方案的设计提供依据.     

抽水蓄能电站地下洞群层状围岩稳定性综合分析研究

某抽水蓄能电站地下洞室群围岩呈缓倾角互层状结构,层理发育,岩性复杂,洞室开挖过程中,各种地质因素交互作用,洞室间相互影响。论文对复杂变化地质环境下的主厂房围岩进行各种因素作用下的综合稳定分析,并依据多种测试手段,对开挖后围岩的稳定性和变形进行实时监测,掌握了洞室层状围岩变形破坏特征。结合对地下洞室开挖进程的数值计算分析,研究了围岩的动态力学特征和变形规律,得出一些有益的认识和结论。数值计算结果与监测数据较好吻合,对施工开挖方案的优化具有重要参考价值。     

水电工程大型地下洞室群施工通风系统数值计算

通风是大型地下洞室群施工中的重要环节。目前施工通风网络风量的数值解算主要是以简化的Scortt-Hinsley方法为基础。此法的应用具有一定的局限性。本文采用理论上完备的Newton-Raphson方法编制数值解算程序,并以溪洛渡水电站地下洞室群为实例,进行通风模拟计算。将计算结果与用Scortt-Hinsley法编制程序的计算结果进行了对比分析,以期探讨更可靠的风量解算方法,并为整个通风网络系统的调节、优化提供理论依据。     

岩土工程稳定性分析方法研究动态及展望

本文简要介绍了岩土工程中多种稳定性分析方法 ,并对它们进行了初步的讨论。此外就地下洞室稳定性问题进行了探讨。并在此基础上论述了岩土工程稳定性分析方法的发展     

高地应力下拉西瓦水电站地下洞室群稳定性分析

针对黄河流域装机容量最大的拉西瓦水电站地下洞室群高地应力、大跨度和硬岩特点,结合描述硬岩弹脆性破损的岩体劣化模型(RDM)和评价围岩脆性破坏倾向性的局部能量释放率指标(LERR),通过三维有限差分数值方法模拟了地下洞室群开挖全过程,从整体上揭示了拉西瓦水电站地下洞室群分期开挖时围岩变形场、应力场、塑性区、能量释放率的时间演化过程与空间分布特征.另外,通过洞室开挖过程中局部部位出现的几种典型围岩变形破坏模式的跟踪分析表明,厂区高地应力和洞室开挖后重分布应力场的动态调整是围岩发生不同形式变形与破坏的内在机理.其研究结论和认识可为同类高地应力环境下地下工程开挖支护提供有益参考.     

锦屏一级水电站地下厂房下游拱围岩变形开裂破坏成因分析与加固措施研究

地下厂房洞室群围岩稳定问题是锦屏一级水电站工程关键技术难题之一。本文介绍地下厂房下游拱部围岩变形开裂破坏现象的发生和发展过程,以及厂区的工程地质条件,从地质特性和数值计算等角度对其成因进行分析,提出针对性工程加固措施,借助安全监测成果,评价加固措施的支护效果。目前洞室群的开挖支护施工已接近尾声,实践表明,对于上述现象的分析是合理的,加固措施有力地确保了洞室群的围岩稳定和工程安全。     

映秀湾水电站大型地下洞室群三维非线性损伤地震响应数值分析

基于深埋大型地下洞室群围岩损伤机理,对映秀湾水电站洞室群在三向地震荷载耦合作用下的动力响应进行了三维非线性数值模拟,分析了在有、无支护条件下洞室周边围岩关键部位的加速度、位移及应力的时程变化及分布规律,得出了地震荷载作用下围岩损伤分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,除了因尾水洞体型及断层影响厂房底板及尾水洞交口处受力状态较差外,在锚固条件下整个洞室的围岩损伤、洞周位移、应力分布和锚杆受力都较为合理,说明支扩系统基本保证了洞室的抗震稳定性,但上、下游边墙及吊车梁相对位移达到了10cm左右,导致吊车无法正常运行.     

高应力大型地下厂房岩壁吊车梁原型观测与变形机理分析

高地应力区大型地下厂房建设过程中,岩壁吊车梁作为重要结构物,其受力特征与安全稳定倍受关注。通过对高应力区锦屏一级水电站地下厂房岩壁吊车梁施工开挖期间和开挖完成后的安全监控,分析受到洞室开挖卸荷作用下,吊车梁锚杆受力特征、吊车梁与围岩间结合情况,对吊车梁进行安全评价。分析表明,高应力岩体卸荷调整引起岩体较大的变形和深部松弛,吊车梁锚杆应力水平较高,变化持续时间长,开挖期间快速增长,开挖全部完成后1年才逐步趋于稳定,应力值没有超过锚杆设计强度;基岩测缝计最大开合度为9.9mm,绝大部小于5mm。总体上,吊车梁处于正常工作状态。     

基于混沌理论的地下厂房围岩变形特征参数分析

为探索地下厂房围岩变形规律,引入混沌理论,全面而系统地研究地下厂房围岩变形的混沌特征参数.利用改进G-P方法得到关联维数D,综合分析G-P法、C-C法和复自相关法得到嵌入维数m和延滞时间r,并计算最大Lyapunov指数λ1.结合小湾水电站地下厂房围岩多点监测位移,研究表明:主厂房围岩顶拱的多点位移和拱座在30m深度测点的位移不具有混沌特性,而拱座其它测点位移和边墙的多点位移具有混沌特性,D大于0,m,τ较优,λ1大于0.这一研究为水电站地下厂房围岩变形规律提供新思路.     

西龙池蓄能电站地下厂房围岩监测成果分析反馈

本文介绍西龙池抽水蓄能电站地下厂房工程地质条件和开挖中的主要工程地质问题,主要对位移、锚杆应力监测成果进行汇总和分析.阐述围岩变形、锚杆应力分布规律,对监测成果与三维有限元分析成果进行比较,概括监测成果地质条件、设计意图的对应性,归纳监测成果在工程中的应用和反馈.     

水电站地下厂房岩锚吊车梁稳定性分析剖析

本文从模拟锚杆穿越缝隙的力学行为入手,提出一种模拟方法分析岩锚吊车梁的工作性状;通过岩锚吊车梁超载的数值仿真试验分析其破坏模式,表明以岩壁接触面上抗滑力与滑动力的比值为安全系数的传统方法无明确意义;提出以岩锚吊车梁在荷载作用下达到横向限制变形使吊车发生卡轨时为其破坏条件,用超载法求得其安全系数,并讨论了此安全系数与岩壁接触面粘聚力和摩擦系数的关系,与传统安全系数相比,具有明确的物理意义和工程意义。     

单裂隙砂砾岩体变形规律研究

本文利用双轴徐变试验机,对单裂隙砂砾岩体开展了一系列双轴加载试验研究,得到裂隙变形的初步规律。法向加载下裂隙面闭合且塑性明显,侧向加载下裂隙面张开;法向和侧向同时加载时,裂隙面的变形由法向应力与侧向应力共同决定,且法向应力对裂隙面的变形影响明显大于侧向应力。建立了可以反映裂隙岩体变形的各向异性特性与多轴加载效应的单裂隙砂砾岩体二维本构关系式。假设裂隙平面内对称的两对侧向应力作用效果等效并可以叠加,把二维本构关系推广到三维。     

高渗压条件下岩体变形特征试验研究

裂隙岩体在高水头作用下的变形特性关系到岩体工程安全评价结果。结合某工程高压压水试验,设计了考察岩体高压渗流引起岩体位移的原位试验方案,并进行了相应的岩体流固耦合试验。通过对试验过程中岩体孔隙压力和位移监测值的分析,揭示了高压渗流区将引起岩体产生较大的位移变形。应用流固耦合模型从理论角度解释了高压渗流引起岩体位移和孔隙压力非恒定变化过程的原因。研究表明：采用流固耦合分析模型对高水压作用下岩体变形进行分析是科学合理的,它可以正确地反映裂隙岩体渗流引起的岩体变形特性。     

侧限压缩条件下原状黄土变形计算方法的探讨

土体的结构是其强度、变形的内在的决定因素.黄土是一种典型的结构性土,其结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于变形条件的黄土结构性参数即联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2以及结构变形势参数mp,分析黄土的结构性参数的变化规律,提出了考虑黄土结构性的侧限压缩条件下原状黄土变形的计算方法,并给出了用于沉降变形分析所需的计算参数.     

水布垭枢纽地下厂房围岩稳定及锚固分析

本文采用一种特殊的岩体灌浆锚杆有限元数值模拟方法,并结合水布垭枢纽工程,对其地下厂房2#机组剖面进行了二维非线性有限元分析,主要研究了主厂房洞室开挖过程中及开挖完成后围岩的应力状态、位移值以及塑性区分布范围,重点分析了喷锚支护措施的加固效果。