软弱夹层分布部位对洞室稳定性影响研究

应用奥地利大型岩土工程有限元分析系统FINAL研究了软弱夹层分布部位(拱顶、拱肩、边墙)对地下洞室围岩稳定性以及喷锚支护结构受力性状的影响。数值试验研究采用FINAL中独有的模拟接触面的COJO单元,该单元能够准确地反映软弱夹层在地下洞室开挖过程中的力学特性;数值试验成果对地下洞室的选址、支护结构的设计以及施工设计等具有广泛的借鉴意义与指导作用。     

软弱夹层对深部地下洞室围岩损伤模式的影响

软弱夹层等不良结构面对深部地下洞室的围岩稳定有着重要影响,应用有限元数值分析系统RFPA对软弱夹层影响下的深部地下洞室围岩损伤演化过程进行了模拟分析,重点研究了软弱夹层的展布位置、地应力大小对洞室围岩损伤区模式的影响.分析表明,有软弱夹层时,地下洞室开挖后围岩应力分布恶化,围岩应力扰动范围增大、相应的损伤区范围增大;地应力越大时,侧压系数的大小更多地主导着洞室围岩的损伤模式.研究成果可望对深部地下洞室选址及施工设计有借鉴意义.     

澳大利亚Kiston水电站地下厂房围岩稳定分析

基于澳大利亚Kiston水电站地下洞室的地质勘查及设计资料,利用FLAC3D数值分析软件,对地下厂房进行开挖支护模拟,分析了在无支护和系统支护工况下,开挖完成后围岩的位移场、应力场、塑性区等的分布特征和演化规律,为地下厂房的开挖支护设计提供依据。     

杨房沟水电站地下厂房围岩稳定分析

杨房沟水电站地下厂房是典型的大跨度、高边墙地下洞室群,工程区地质条件较复杂,高边墙及洞室间岩柱的稳定性是洞室设计的关键。根据地应力测试数据,采用边界位移条件回归方法,构造出厂区初始地应力场。采用FLAC3D软件对洞室群围岩稳定进行计算分析,获得洞周围岩变形与应力特征、塑性区分布及支护结构的受力状态,对地下厂房洞室群围岩稳定性做出评价,为洞室设计提供了科学依据与技术指导。     

软岩隧道湿喷纤维砼支护施工过程非线性分析

在赣州-龙岩铁路DKl33 095～DKl38 237段软弱围岩单线隧道施工过程中,采用湿喷纤维混凝土作为支护结构.介绍了隧道围岩的地质情况和隧道湿喷纤维混凝土支护结构施工工艺,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟.分析模型考虑了台阶步施工过程中围岩应力的释放效应,分析了围岩和支护结构体的非线性力学行为的应力场分布、位移场,围岩塑性区分布特征,并指出台阶步开挖时拱顶下沉、底板上鼓、墙腰收缩的主要控制因素.     

岩体赋存的地质力学环境对地下洞室稳定性影响研究

岩体赋存的地质力学环境直接影响地下洞室的稳定性,以西部地区某水电站地下厂房为背景,通过设计不同地质结构、岩体力学参数和初始应力场,采用弹塑性有限元数值计算开展了多种方案组合下的开挖模拟分析,探讨了不同的断层岩脉、岩体力学特性、初始应力场对地下洞室群开挖完成后的位移场、应力场和塑性区的影响,得到了一些有意义的规律和认识,可为地下洞室群的设计与施工提供参考和指导。     

软弱夹层对隧道围岩稳定性影响规律研究

宜巴高速公路石门垭隧道具有地质条件复杂、围岩软硬交替、高地应力等特点,施工过程中常发生围岩层状剥落、侧墙滑塌等现象,严重威胁隧道施工安全。为确保施工安全,有必要采取一些措施为实际施工提供技术指导,采用FLAC^3D有限差分法分析软件,模拟分析了隧道含不同倾角及位置的软弱夹层时围岩的稳定性,通过分析围岩位移场、塑性区及应力场的分布特征,得出了软弱夹层倾角及位置对隧道围岩变形、破坏区及应力分布的影响规律。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供借鉴和参考。     

某水工隧洞开挖与支护的数值模拟

在软弱岩体中进行地下洞室开挖时,通常采用加大衬砌厚度来维持围岩的稳定。但工程实践表明,增加衬砌厚度也会带来一些问题,需要作进一步研究。采用摩尔—库伦弹塑性模型的有限元分析方法,模拟水工隧洞的开挖以及支护过程,研究不同厚度的衬砌及支护对洞室围岩稳定性的影响。计算结果表明,在软弱围岩的地下洞室的开挖过程中,单一增加衬砌的厚度并不是最优的选择。     

大跨度深埋洞室动力响应分析

以大跨度地下洞室开挖支护过程为背景,探讨使用显式有限元方法分析地下洞室分步开挖和喷锚支护过程的可行性.然后在此基础上分析地冲击荷载下大跨度地下洞室的动力响应问题.分析结果表明,不同的开挖和支护方案对洞室的最终位移状态影响不大,而对最终塑性应变的大小和空间分布的影响较大;施工过程中底板有明显的隆起.在给定埋深条件下,由于地冲击荷载作用引起的围岩塑性应变的增加变得不太明显,但是在荷载作用过程中锚杆的轴力变化很大,说明锚杆的支护作用在大跨度结构抗地冲击荷载作用时显得非常重要.     

水布垭枢纽地下厂房施工开挖与加固的数值模拟

通过非线性有限元计算,对水布垭电站地下洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了主厂房洞室局部软岩置换、喷锚支护等措施对围岩开挖位移与应力的影响;在此基础上,对设计采用的各种支护处理措施的加固效果以及地下厂房洞室围岩的整体稳定性作出了评价.     

一种新的岩体力学数值计算方法——叠单元法

提出了一种新的岩体力学数值计算方法——叠单元法。首先,对含多条不连续面的复杂岩体,将其离散成不含不连续面的整体网格和各条不连续面及其邻近区域的局部网格,而且网格之间相互独立。位移场通过在各网格中插值并叠加得到。然后,由虚功原理推导出了整体平衡方程中的广义刚度矩阵和荷载向量的具体表达式,并对其数值积分方法进行了讨论。最后,分析了2个平面应力问题的算例,且通过与有限单元法的计算结果进行对比,验证了叠单元法的准确性和合理性。叠单元法的最大特点是可以将复杂岩体的网格划分工作分解成几个相互独立的简单网格,从而使网格离散变得简便易行。该方法可以直接推广到三维问题和非线性问题中,因此,有望广泛应用于复杂岩体的变形与稳定分析。     

扁平特大断面公路隧道核心土模拟与分析

破碎围岩段大断面隧道施工时,较多采用双侧壁导坑法,预留核心土对在开挖过程中隧道的围岩变形和支护受力有很大影响,对隧道围岩稳定性起着至关重要的作用.文章依托广州龙头山单向4车道公路隧道,对扁平特大断面公路隧道在破碎围岩段采用双侧壁导坑法开挖时,预留核心土厚度的区别和开挖方式的不同进行了有限元模拟,分析了围岩应力、围岩塑性区、拱顶沉降、二衬和核心土临时支护的内力,得出了核心土的合理厚度及较为合理的开挖方式.结论对扁平大跨隧道的设计和施工具有指导意义.     

地下工程岩体参数场反演分析应用研究

 在施工过程中,由于开挖方式、爆破以及支护施作滞后等因素的影响,洞周岩体会有不同程度的“劣化”。一般而言,受开挖施工影响,离洞室表面越近的岩体劣化程度越严重;支护施作滞后时间越长岩体劣化程度越严重。因此,提出参数场的概念,将洞周围岩物理力学参数看作受初始地质状态、施工影响而随空间变化的非稳定参数场。采用三维弹塑性损伤有限元及位移反演分析方法,经敏感度分析确定恰当的待反演岩体参数,使用局部断面模型快速反演计算方法获得各监测断面区域岩体参数场,再通过插值方法得到三维整体模型参数场,适当修正后即可用于洞室后期开挖围岩变形及稳定预测。结合瀑布沟水电站地下厂房工程,建立有限元模型,代入监测数据,反演获得洞周围岩参数场,并将计算结果用于预报后续洞室开挖的围岩变形趋势,结果显示岩体计算预测反演参数与实际监测值符合较好。     

Simulation of cracking near a large underground cavern in a discontinuous rock mass using the expanded distinct element method

The rock masses in a construction site of underground cavern are generally not continuous, due to the presence of discontinuities, such as bedding, joints, faults and fractures. The performance of an underground cavern is principally ruled by the mechanical behaviors of the discontinuities in the vicinity of the cavern. A number of experimental and numerical investigations have demonstrated the significant influences of discontinuities on the mechanical, thermal and hydraulic behaviors of discontinuous rock masses, indicating that the deformation mechanism and stability of rock structures in the discontinuous rock masses depend not only on the existing discontinuities but also on the new cracks generated and thereafter keep propagating due mainly to the stress redistribution induced by excavation.In this study, an expanded distinct element method (EDEM) was developed for simulating the crack generation and propagation due to the shear and tension failures in the matrix rock blocks. Using this method, excavation simulations of deep underground caverns have been carried out on the models with differing depths of cavern and differing geometrical distributions of the existing discontinuities. Model experiments by using the base friction test apparatus were conducted to verify the proposed numerical approach. Furthermore, the support effects of rock bolts on controlling the deformations of the rock mass surrounding a cavern and movements of key blocks were evaluated by means of the EDEM approach.     

高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究

 依据官地水电站大型地下厂房洞室群地应力高、围岩坚硬、结构面发育等特点,在地应力特征、围岩结构特征分析的基础上,结合围岩变形监测成果和三维数值仿真分析成果,对洞室围岩变形破坏特征进行归纳总结,并系统提出高地应力条件下地下厂房洞室群的布置设计、开挖支护设计和施工对策。建议高地应力条件下,洞室纵轴线的选择应兼顾最大主应力方位和围岩主要结构面、采用较大的洞室间距和较大的顶拱矢跨比、采用合理的开挖方式和开挖顺序、适当提高喷混凝土强度等级、延时浇筑岩壁吊车梁和母线洞衬砌、合理确定锚索张拉力锁定值,对具备岩爆条件的洞室围岩先初喷50～60 mm厚的钢纤维混凝土后再实施系统锚杆和挂网喷混凝土层到设计厚度等。上述建议对于高地应力条件下类似地下厂房洞室群的设计与施工具有重要的指导意义和应用价值。     

软弱断层流变对地下洞室围岩力学效应的粘弹塑性分析

本文就鲁布革水电站地下厂房洞室附近两处断层的流变性态对主厂房洞室围岩稳定力学效应作了粘弹塑性有限元法数值分析。计算中以断层内充填的粘土类矿物质材料的剪切流变属性为研讨的重点,建议了能反映断层厚度影响的新的流变模型及其参数测定方法。 研究表明,在考虑了洞室附近断层的流变性态以后,洞周围岩的受力状况有相当程度的恶化。断层流变对洞室围岩的力学效应主要与其离开洞室的距离D与洞室最小几何尺寸d的比值,即值的大小有关。一般地,当该比值小于1时应予重视,其影响大小还因岩体和断层充填物的物理力学性质的差别以及断层与洞室的相对方位的不同而不同。对于洞周附近局部围岩出观的拉力区段,建议了在设计中采取增设锚杆等辅助的加固措施。     

Influence of geometrical distribution of rock joints on deformational behavior of underground opening

Mechanisms of deformation and failure of underground opening in jointed rock masses are governed by the characteristics of the geometrical distribution of discontinuities. In this paper, the extracting method of geometrical distribution of discontinuities in rock masses by image processing is presented and used to make networks of rock joints from the construction field. Next, using those networks, fractal characteristics of the discontinuities are described by using the box-counting method for quantitatively evaluating the state of the discontinuous distribution. Finally, numerical analysis based a case of the excavation of underground power plant is carried out to find the relation between geometrical distribution of rock joints and deformational behavior of underground opening by using distinct element method.     

圆形巷道两帮水平切槽对围岩卸压的数值分析

处于深部高应力的岩体中储存有大量的弹性应变能,它是引发深部硬岩巷道发生岩爆的内因。卸压法可以用于改变巷道和洞室附近围岩的应力场,使这部分围岩处于应力降低区,从而达到保持其稳定性的目的。本文用岩石破裂过程分析RFPA系统模拟圆形巷道周边开卸压槽前后巷道围岩的变形、损伤与破坏过程,分析了不同原岩应力状态(侧压力系数)和切槽长度条件下围岩的应力和损伤区的分布特征,揭示了围岩中开槽卸压的力学机理。数值模拟结果表明,数值模拟证实了当卸压槽深度为巷道直径的0.5倍左右时,围岩的卸压效果明显,但过长的卸压槽长度会导致整个巷道围岩结构体的承载力降低和变形过大。该项研究对于巷道卸压的工程实践具有一定的理论指导意义。