关于地下洞室喷混凝土支护效果的实践与探讨

地下洞室开挖后,在地应力、不利地质结构面和施工等因素影响下,围岩表面常发生岩爆、片帮、剥落、掉块及局部塌方等现象。拉西瓦水电站引水发电系统地下洞室的开挖支护经验表明,混凝土喷层的作用,只有在其粘结力得到保证的情况下才能充分发挥。网喷混凝土很少脱落,防止岩爆的效较好,比钢纤维喷混凝土较之安全、经济。     

基于免疫算法优化的GA-BP网络在围岩参数反分析中的应用

针对传统BP神经网络、遗传算法在反分析应用过程中存在的问题,将基于免疫算法优化的遗传算法与BP神经网络结合起来,构建了具有更快的收敛速度和更强的全局搜索性能的GA-BP网络,根据某抽水蓄能电站地下洞室的开挖和埋深特点,选取弹性模量和侧压力系数为待反演参数并设定取值范围,以设定的反演参数值和有限元计算得出的洞室理论位移为训练样本,利用GA-BP网络训练此样本,得到洞室位移值与洞室物理力学参数之间的关系,将实测位移值输入训练好的GA-BP网络中获得参数的反演值,通过反演值计算出不同监测断面的位移值,从而验证了GA-BP网络在参数反分析中应用的准确性。     

洞室围岩应力及破坏模式分析

以大山口水电站引水隧道为例,基于开挖卸荷理论,以径向应力卸荷量作为开挖卸荷分区,通过FLAC3D 中fish语言模拟洞室开挖动态卸荷,计算了开挖围岩第一、第三主应力变化规律,基于卸荷应力分析,采用单元安全系数下降百分比描述围岩可能破坏形式,不同的等值线能较好地对应于3种不同破坏模式,对预测洞室开挖后可能的破坏模式有一定参考价值.     

普通城门洞形隧洞弯段二次流对动能修正系数的影响

采用CFD方法和带旋修正的κ-ε模型对水平面上普通城门洞形隧洞弯段断面进行三维数值模拟,分析了二次流对普通城门洞形隧洞弯段断面动能修正系数的影响。结果表明,普通城门洞形隧洞弯段形成了一对反向不对称的二次流,上部螺线形流线区域对动能修正系数值有决定性作用,形成的环形流线区域和梯度越大,动能修正系数越小;大曲率弯段断面动能修正系数值大于小曲率弯段断面动能修正系数值;弯段中的二次流引起流速的重分布,对弯段断面动能修正系数值有削减作用。     

隧洞开挖引起地下水运动的子模型法数值模拟

基于ANSYS的APDL的二次开发,采用子模型技术处理隧洞开挖后形成的自由面.并以九里湾隧洞为例,分析了隧洞开挖后,隧洞周围孔隙水压力、渗流场流动矢量等分布特征.结果表明,在洞室开挖后形成的自由面所有节点中,洞室的四个角点处的水力梯度较大,其中边墙与顶拱的交叉处节点及边墙在底板稍往上节点处的水力梯度最大,顶拱自由面节点的平均水力梯度最小,为隧洞开挖的排水设计提供了理论依据.     

黑河引水工程鸭池口隧洞的施工

黑河引水工程鸭池口隧洞全长2153．461m，洞室位于不稳定岩体中。隧洞在施工中采用短开挖，强支撑，快衬砌与洞内排水等措施，解决了调身开挖中坍塌与洞内积水等问题，保证了施工安全与质量，促进了隧洞的施工进度。     

地下厂房洞室群开挖卸荷力学特性及岩体质量评价

针对地下厂房洞室群开挖导致围岩卸荷回弹、岩体质量发生劣化问题,以金沙江某地下厂房洞室群为工程背景,基于卸荷岩体力学理论,采用有限差分法研究了洞室群各期开挖对洞周围岩卸荷力学特性的影响,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用岩体分类指数法对洞室群开挖后的岩体质量进行评价。结果表明,随洞室群的施工开挖,洞周围岩卸荷区不断发生演化,其卸荷区深度、范围逐渐增大;洞室群开挖完成后,三大洞室间均有程度不同的卸荷贯通区出现;洞周围岩部分卸荷区岩体质量由开挖前的Ⅱ类变为Ⅲ类。     

水电站引水发电隧洞上平管段支护优化研究

采用ANSYS软件对引水发电隧洞上平管段洞室开挖支护和运行荷载条件下的变形和应力进行了二维有限元计算,根据计算结果分析了不同荷载组合对洞室围岩稳定性的影响,并提出了相应的优化支护方案,对设计和施工具有一定的参考价值.     

顺向高边坡与偏压隧洞开挖的稳定性分析

针对顺向高边坡、偏压隧洞工程中岩土参数不确定、地质条件特殊及工况复杂等问题,以涔天河水库扩建工程（#1泄洪洞出口顺向高边坡开挖与偏压隧洞掘进、支护）为例,在描述出口边坡地形、地貌及工程地质条件的基础上,建立了相应的三维数值计算模型。即基于弹塑性理论考虑岩土体的时效特性,在FLAC3D平台上进行了二次开发与数值计算。分析结果表明,围岩和管棚的变形量较小,出口段管棚支护方案基本能维持围岩稳定,但顺向边坡的变形量较大,需预防边坡表层发生破坏;紧邻放空洞未出现贯通塑性屈服区,但管棚两侧应力分布不对称、内侧拱脚应力较大,可能会造成局部失稳,进而对原有工程开挖、支护方案进行了合理优化,可为类似边坡、洞室的施工建设提供安全判据和参考。     

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。     

岩爆问题研究现状

从岩爆定义入手,根据不同的破坏机理将岩爆分为三大类型,并对各类岩爆的形成机理、影响因素及防治措施进行了系统论述,强调应力波对各类岩爆的影响.对现有数值方法及常用的物理监测手段进行了综述.     

大山口二级水电站引水隧洞围岩稳定性研究

基于AutoCAD To ANSYS(ADINA)三维建模程序,利用AutoCAD生成ANSYS(ADINA)命令流文件、ANSYS完整建模和网格划分、FLAC计算、采用TECPLOT后处理的建模-计算-后处理流程,极大提高了数值仿真效率和精度.以大山口二级水电站引水隧洞围岩为例进行围岩稳定性仿真分析,评价引水隧洞开挖后的稳定性,建议重点支护引水隧洞桩号1200 m左右洞段,可适当加厚衬砌,断层或挤压破碎带与洞室开挖面交汇处施加一定数量的预应力锚索,在洞顶布设一定数量的监测点,并随时跟踪洞室关键点的位移发展情况.     

响水电站引水隧洞外水压力及围岩应力分析

响水电站引水隧洞为一深埋有压长隧洞,开挖后证实其外水压力很小,并在深埋区未产生岩爆,本文就笔者两年多的施工地质情况,结合前期勘探资料,对其地质原因作一些分析.     

石英云母片岩时效特性及流变参数反分析

某水电站引水隧洞围岩主要为石英云母片岩,具有显著的蠕变特性。结合该水电站试验洞洞壁位移监测结果,分析了洞室开挖后围岩的时空效应,基于位移反分析法,利用自编神经网络计算程序对幂律型流变模型参数A、n、m进行反演,并将获得的测线位移计算值与实测值相对比,以分析参数的合理性。结果表明,洞壁两侧变形最大,边墙次之,顶拱变形最小;反演得到A为6.687 6×10-17、n为1.967 1、m为-0.918 5,且位移计算值与实测值具有较高的吻合度,表明反演参数合理可靠。最后结合流变参数的反演结果,对该工程调压井开挖后支护时间进行探究,研究发现在洞室开挖15d后进行支护是合理的。     

裂隙岩质高边坡开挖加固施工稳定性有限元分析

以重庆市金佛山水利工程取水口裂隙岩质高边坡为例,从边坡形态规模、变形破坏机理及安全性的角度,结合开挖加固过程中的位移、潜在滑动面、剪应变等的变化,研究了裂隙岩质高边坡在分级开挖、边开挖边加固施工过程中的岩体变形及其稳定性。结果表明,边坡在分级开挖、加固施工过程中的整体安全性及边坡位移满足《水利水电工程边坡施工技术规范》要求;加固完成后边坡的可能破坏形式为深层滑动,滑弧上部为拉裂段、中部为直线段,坡脚为圆弧段;第一级开挖后边坡顶部位移发生突变,但在接下来的施工过程中变形逐渐趋于稳定;加固后边坡安全系数明显提高,边坡整体是稳定的。     

水工小断面隧洞自行式钢栈桥施工技术

针对水工小断面隧洞开挖断面小、施工场地狭窄、作业工序多、干扰大等难题,研发了自行式钢栈桥,充分利用混凝土早期强度为栈桥自重及通行载荷提供支撑,配合专用柔性底座及液压控制自行轨道,探索出水工小断面隧洞自行式钢栈桥施工技术,有效解决了洞室开挖与衬砌施工交叉作业等问题,应用于吉牛水电站长22.377km的引水隧洞施工中,保证了工程质量和施工工期,可为类似工程提供借鉴。     

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。     

高地应力下硬岩V型破坏坑数值模拟研究

为确定可准确模拟高地应力下硬脆性岩体破坏的本构模型,以Mine-by试验隧道为例,采用线弹性模型、理想弹塑性模型、m-0准则、CWFS模型等4种常用的本构模型对高地应力下硬岩脆性破坏的一种典型破坏模式——V型破坏坑进行数值模拟。结果表明,线弹性模型无法模拟硬岩的脆性破坏问题,仅可通过分析洞周围岩的二次应力场及强度系数分布特征粗略估计围岩张拉破坏范围;MOHR-COULOMB强度准则中不包含中间主应力σ2,无法考虑中间主应力对岩石强度的影响及岩体塑性屈服后的性能劣化,计算结果误差很大;可考虑围岩破坏过程中材料力学性能劣化的CWFS模型和m-0准则在模拟硬岩脆性破坏方面效果较好,数值结果与实际情形较为一致。研究结果可为类似工程开展岩爆破坏数值模拟和防治提供参考。     

高地应力下硬岩Ⅴ型破坏坑数值模拟研究

为确定可准确模拟高地应力下硬脆性岩体破坏的本构模型,以Mine-by试验隧道为例,采用线弹性模型、理想弹塑性模型、m-0准则、CWFS模型等4种常用的本构模型对高地应力下硬岩脆性破坏的一种典型破坏模式——V型破坏坑进行数值模拟。结果表明,线弹性模型无法模拟硬岩的脆性破坏问题,仅可通过分析洞周围岩的二次应力场及强度系数分布特征粗略估计围岩张拉破坏范围;MOHR-COULOMB强度准则中不包含中间主应力σ2,无法考虑中间主应力对岩石强度的影响及岩体塑性屈服后的性能劣化,计算结果误差很大;可考虑围岩破坏过程中材料力学性能劣化的CWFS模型和m-0准则在模拟硬岩脆性破坏方面效果较好,数值结果与实际情形较为一致。研究结果可为类似工程开展岩爆破坏数值模拟和防治提供参考。     

基于熵—云耦合模型的引水隧洞岩爆预测研究

岩爆是引水隧洞中常见的地质灾害,针对岩爆预测中存在随机性和模糊性的问题,建立了基于熵—云耦合的岩爆预测模型。选取引水隧洞的岩石脆性指数Is、单轴抗压强度与岩石抗拉强度之比σc/σt、弹性变形能指数Wet、岩石切向应力与单轴抗压强度之比σθ/σc构建评价指标体系,并建立了相应的评价准则,采用熵权法确定指标权重,根据云模型正向发生器生成正态云滴,实现了岩爆等级预测。最终通过工程实例建模计算,验证了该方法的合理性和可行性,可为类似工程提供借鉴。