不良地质条件下调压井施工期稳定性分析

作为水电站的重要组成部分,调压井的洞室围岩稳定是一个十分重要的问题.某水电站调压井的特点是开挖断面大,岩石较为破碎,裂隙发育,稳定性差.采用有限元法模拟该调压井的施工开挖状况,对调压井进行了稳定性分析.分析表明,调压井衬砌的内力分布不均匀,变形较大,V类围岩中塑性屈服区深度较大,尤其是后方边坡山体单薄,其塑性屈服区贯穿了全部岩体,对调压井稳定很不利,施工过程中需要对围岩采取预加固措施.     

大型长廊阻抗式尾水调压井结构受力分析

通过对大型长廊阻抗式尾水调压井的洞室开挖方式和稳定特性进行了分析,作出了大型长廊式调压井洞夺体三维损伤的计算方法和固支护分析方法,并对长廊阻抗式调压井的衬砌结构受力特性进行了分析,给出了混凝土衬砌结构开裂的计算方法和结构配和在算公式。     

膨胀流变性围岩隧洞预制钢筋混凝土衬砌稳定性分析

 针对一实际流变、膨胀性围岩的室内实验结果及初步设计与施工方案, 应用引进的岩土工程仿真分析软件F INAL 对隧洞施工期、运行期的围岩变形与薄拱片钢筋混凝土衬砌结构的内力、强度特性进行了较系统的数值仿真分析。分析结果说明: 膨胀、流变性围岩一次开挖后按距掌子面2～ 3 倍洞径时施作薄拱片钢筋混凝土衬砌的开挖与支护方案是可行的; 在个别岩性岩层复杂的洞段, 由于衬砌内力受力不均匀可能导致弯矩较大而使衬砌在个别部位出现拉裂缝; 在所讨论的情况下, 衬砌内力受围岩膨胀性影响最大, 外水压力荷载次之, 流变影响最小。     

双洞交叉的施工稳定性分析及支护设计

对紫坪铺水利工程1#泄洪洞“龙抬头”段与前期导流洞交叉重叠段在施工开挖阶段围岩及支护结构的强度与变形稳定性进行了有限元数值仿真分析和优化设计。并根据隧洞新奥法施工原理,针对该段双洞交叉影响的工程特殊性作了详细的开挖过程仿真分析。对导流洞支护采用的喷素混凝土并不设锚杆方案进行了施工期强度校核;对导流洞在运行期的素混凝土衬砌方案进行了高外水荷载下的强度与稳定性分析;对施工导流完成后的封堵及泄洪洞的开挖这一复杂的施工过程进行了围岩、封堵混凝土与喷层的稳定性与强度分析,在此基础上提出了合理的施工开挖、支护、衬砌方案与设计指标。对于其他类似的洞型与工程,具有良好的实践意义与指导意义。     

软岩小净距隧道施工力学效应研究

以软岩小净距隧道在不同开挖方式下达到稳定后围岩和复合衬砌的力学效应为对象,重点分析不同开挖方式下锚杆、喷射混凝土层和二次衬砌的受力特点,考察不同净距对中夹岩柱塑性区的影响.结果表明：施工小净距隧道应慎重选择后继施工隧道的开挖方式;后继隧道施工的开挖方式直接对先行既有隧道锚杆、喷射混凝土层和二次衬砌应力状态产生很大影响;中夹岩柱塑性区大小与净距紧密相关,同时,隧道埋深和围岩类别也是影响塑性区大小的重要因素.     

无衬砌隧道压力拱的变化规律

结合衬砌与围岩的相互作用,分析无衬砌隧道开挖后压力拱的形成过程,根据隧道衬砌后应力位移的分布规律来研究衬砌施工时间对隧道压力拱的影响,得到如下结论:隧道开挖后,不进行衬砌施工,应力重新分布后顶部水平应力和侧边垂直应力增大,顶部垂直应力和侧边水平应力减小;随着时间的发展,形成的压力拱的垂直外界基本不变,垂直内界逐渐减小,水平内外界逐渐减小,压力拱拱体内最大应力均逐渐增大;隧道围岩较好时,衬砌时间选在稳定压力拱形成的时间,而围岩较差时,衬砌时间选在隧道压力拱开始形成的时间。     

新型底板型衬砌中心排水沟施工优化研究——以九万山1号隧道为例

新建贵阳至南宁客运专线九万山一号隧道拟采用新型底板型衬砌结构,将传统的仰拱结构改为底板结构,底板下设计衬砌结构体外中心排水沟,呈倒梯形。为明确新型底板型衬砌结构施工及中心排水沟开挖对围岩的稳定性影响,论证本设计方案的可行性,利用有限元Midas/GTS计算不同等级围岩下底板型衬砌结构的稳定性,以及中心排水沟施工时机、一次施工范围。结果表明:Ⅳ级围岩水沟与掌子面最大限制距离为10m,Ⅴ级围岩水沟与掌子面最大限制距离≥14m;中心排水沟一次施工3,4,5m对Ⅳ级围岩稳定无影响,对Ⅴ级围岩稍有影响,底板隆起量相差5mm左右;根据对衬砌结构变形统计,新型底板型衬砌和中心排水沟设计满足规范要求。     

基于围岩位移控制的超大断面黄土隧道施工方法研究

为了确定超大断面黄土隧道的最优施工方法,考虑隧道衬砌结构和土体的弹塑性本构关系,利用有限元软件——ANSYS,采用6种施工方法(CD法、CRD法、单壁导坑法、双臂导坑法、预挖开挖法和预留开挖法)对超大断面黄土隧道进行了数值仿真。通过对围岩控制点位移的对比分析可知:对于超大断面黄土隧道的施工,CRD法为最优施工方法;施工中加临时支撑时,中部临时支撑对于围岩稳定性具有较大影响,临时支撑拆除前后隧道围岩的塑性等效应变均增加了约20%。     

陡倾角岩体中阻抗式圆形调压井衬砌结构数值分析

采用三维非线性有限元对复杂地质条件下的圆形训压井衬砌及阻抗板结构受力进行了分析。提出了调压井混凝土衬砌结构与围岩联合工作的分析方法，给出了调压井混凝土衬砌结构开裂和配筋的计算公式和计算方法。通过分析计算，论证了Y岔圆形调压井空间结构衬砌的受力特征，为同类地下圆形调压井衬砌结构及阻抗板的配筋分析计算提供了一种较好的数值分析计算方法。     

阳宗隧道试验段动态开挖过程的数值模拟

根据昆明—石林高速公路阳宗隧道S5型支护衬砌优化调整方案和XK38+ 92 6断面现场监控量测数据 ,进行位移反分析 ,得到计算所需的围岩弹性模量E和侧压力系数K0 ;然后运用有限元方法 ,对其试验洞段上下台阶开挖动态施工过程进行仿真数值模拟研究 ,从而反馈调整和指导施工     

隧道开挖中破碎带支护的颗粒离散元模拟研究

在破碎带这种复杂的地质条件下开挖隧道往往涉及到很多方面的因素,文章首先用详细的地质资料对某隧道进行了描述,包括岩性、产状等实际工作中可以得到的参数,然后使用颗粒离散元对隧道破碎带开挖引起的围岩稳定性进行模拟,通过大量的测试试验准确地掌握了颗粒离散元中参数与实际实验室参数间的对应关系,以此建立了无衬砌支护和有衬砌支护2种模型,比较围岩位移和隧道断面附近区域拉应力变化的不同,评价了支护结构的效果,对类似地带的地下工程具有一定的参考价值.     

边坡爆破开挖对邻近已有洞室影响研究

边坡爆破施工振动对邻近已有洞室的影响及其控制是工程中的关键技术问题。新建边坡在与已有洞室间距比较小的情况下进行爆破开挖,爆破开挖产生的爆破波会危及已有洞室围岩和衬砌结构的安全与稳定性。结合锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工爆破对洞室影响的分析课题,应用动力有限元数值模拟,研究不同的边坡与已有洞室间距、岩体阻尼比、最大单响药量情况下边坡爆破振动对洞室围岩和衬砌结构的影响问题。根据洞壁质点振动速度允许值与洞室衬砌在边坡爆破振动波作用下的动拉应力值,考虑不同阻尼比,得出不同围岩级别下,不同边坡与洞室间距的最大单响药量控制：III类岩体边坡,坡面距已有洞室20,50 m时,边坡开挖爆破最大单响药量分别控制在100和300 kg以内;IV类岩体边坡,坡面距已有洞室20,50 m时,边坡开挖爆破最大单响药量分别控制在150和450 kg以内,研究结果为实际工程的施工和设计提供参考和依据。     

陡倾角沉积岩地层中大型地下厂房开挖围岩 变形失稳特征和反馈分析

 介绍彭水水电站地下主厂房洞室施工过程中高边墙围岩的变形破坏特征、相应的加固处理措施以及围岩监测成果等;在此基础上,开展主厂房围岩施工期的动态反馈分析。研究结果表明：对于陡倾角层状岩体中开挖的大型地下洞室群,围岩中分布的软弱结构面和岩层层面对上、下游边墙的变形与稳定起着控制性作用,陡倾角、顺向岩层组合的高边墙其变形失稳模式以典型的滑移破坏为主;而陡倾角、逆向岩层组合的高边墙则以沿层面的张裂、折断、倾倒变形后的坍塌破坏为主。通过开展施工期围岩监测反馈分析,为彭水水电站地下厂房的动态设计和信息化施工提供了重要依据。     

基于SMP准则的衬砌隧道围岩抗力系数的计算

按照荷载–结构法思想,合理地考虑围岩与衬砌共同承载由于开挖而引起的二次应力作用,对于提高围岩抗力系数具有重要的作用。文章基于SMP(Spatially Mobilized Plane)屈服准则,推导出围岩抗力系数的计算公式,可以很好地考虑中间主应力的影响。通过改变隧道围岩物理力学性质中的内摩擦角
和黏聚力
值,与Mohr-coulomb强度准则下的围岩抗力系数计算值进行了对比。研究结果表明,考虑中间主应力的影响可以很好地提高隧道围岩的抗力系数。从而基于黏性材料的SMP准则计算具有衬砌隧道的围岩抗力系数具有较强的工程实用价值?     

顺层岩质边坡预支护开挖及锚索优化设计研究

针对顺层岩质边坡开挖可能失稳或者不确定其稳定性时,提出预留开挖区内先进行预支护,再进行逐层开挖的方法,在此基础上,进一步研究岩层走向与坡面走向不同夹角下锚索预支护的最佳水平角,建立考虑走向夹角的支护计算模型,推导得到相应的关系式。利用数值计算对比边坡开挖方法对边坡的整体稳定性以及锚索的加固效果,结果表明:此开挖方法结合考虑锚索最佳方向角的支护能够更有效地限制边坡的应力与变形,对提高边坡的稳定性有一定的贡献。方法是可行的,在实际边坡加固设计及工程施工能提供相应的参考。     

窄缝局部应力解除和窄缝弹性模量试验拓宽应用的研究

 在地下洞室稳定分析中,洞室横截面关键部位岩壁上的围岩应力状态是至关重要的,通常由地应力测量和计算分析得到。但地应力测量费工费时,尤其在高地应力地区地应力测量比较困难,不易获得可靠的地应力实测资料,因此在地下洞室稳定性分析中往往缺乏重要依据。而评价洞室稳定性关键性资料是它横截面上洞壁的围岩应力状态。建议在洞壁上采用窄缝局部应力解除法测量洞壁关键部位的应力状态,只要在洞壁待测部位凿3个以上不同方向的窄缝槽,测量由凿槽引起的变形,就可测定此洞壁关键部位上的二维应力状态。在现场窄缝法岩体弹模试验后,拓宽应用它的试验成果,也即在试验中,设想继续提高埋设在窄缝槽中压力钢枕的压力,直到它引起的位移抵消由凿槽引起的位移,测得假设的窄缝槽中垂线上法向应力,然后推求洞壁上围岩应力,作为由窄缝局部应力解除法测定的洞壁围岩应力的补充,并进行相互印证。在工程应用实例中获得较好的效果。     

岩土工程稳定性分析RFPA强度折减法

将强度折减法的基本原理引入到岩石破裂过程分析RFPA方法中，建立RFPA—SRM岩土工程稳定性强度折减分析方法。该方法以有限元方法作为应力分析工具，不仅满足静力平衡、应变相容，且充分考虑材料的细观非均匀特性，并秉承RFPA方法的破坏过程分析优势，能够反映岩土结构随强度劣化而呈现出渐进破坏诱致失稳的演化过程。以岩土工程中的边坡为例，阐述RFPA-SRM方法在边坡稳定性分析中的应用。利用RFPA—SRM方法进行边坡稳定性分析时，不需对滑动面做任何预先假定，对复杂地质地貌的边坡稳定性分析是实用的；同时以基元的破坏次数统计作为边坡的失稳判据，不仅可直观地得到坡体的滑移破坏面，还可求得安全系数，为边坡的稳定性研究提供一种新的便捷、有效方法。特别是RFPA-SRM对边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机制具有重要意义，更有利于从边坡失稳的源头入手指导边坡防护设计。最后对RFPA-SRM方法在一连拱分叉隧道安全设计中的应用进行探讨，得到该隧道结构的安全系数及潜在破坏模式，表明RFPA-SRM方法同样适合其他岩土结构稳定分析。     

土钉墙分步开挖中挡土机理分析

土钉墙和由它派生出的复合支护方式在实际工程中广泛应用,但在理论上对它的挡土机理研究还不够。本文对均质土中的土钉墙,采用数值分析方法,探讨开挖过程中土钉、面层、土体三者的受力变化及土钉墙的稳定机理,得到了面层受到的总土压力是主动土压力的0．05倍等一些结论。     

考虑卸荷效应的岩质边坡断裂损伤模型及应用

 岩质边坡在开挖过程中会引起内部的缺陷不断劣化,以致在部分区域形成贯通,进而发展成宏观裂缝导致边坡失稳。将边坡的开挖过程等效为在开挖面施加等效荷载并逐渐减小至零的过程。在此等效开挖的过程中,坡面一定范围内的裂隙会处于拉剪应力状态,以连续介质力学为基础,结合损伤力学以及断裂力学,推导出裂隙在受拉剪应力状态下的损伤演化本构模型。利用宏观的体积模量反映岩体的损伤程度,并定义破坏度用以表征实际岩体内部的破坏情况,在FLAC3D中开发并实现裂隙岩体卸荷损伤模型的计算。以广西凤山石灰岩建材矿山为例,计算并分析考虑及不考虑卸荷损伤两种工况的位移值及塑性区,证明了该模型的正确性以及能更准确的反映坡体内部的真实情况。对比分析开挖卸荷后岩体的损伤度及破坏度后发现,以破坏度反应岩体的损伤情况,可以更加直观和准确地确定岩体的稳定程度。