块体理论在荒沟抽水蓄能电站地下厂房系统硐室群围岩稳定性分析中的应用

荒沟水电站地下硐室群开挖区围岩裂隙较发育,因此确定硐室群开挖面上可能产生的块体及其稳定性对工程施工意义重大。综合考虑荒沟水电站地下硐室群地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,对其围岩稳定性进行分析。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用可实现程序化的矢量分析法,依据其原理并结合地下硐室三维坐标体系,应用大型数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状、测点坐标等工程数据,依次分析各关键块体,得到其顶点坐标、体积、稳定系数等相关信息,再利用CAD展示关键块体在三维空间中的位置和几何形态,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导。     

地下硐室节理岩体区间非概率可靠性分析方法及应用

首先提出采用区间值表示岩体力学参数取值,以反映参数取值的不确定性特征,并根据参数取值特性建立出相应参数的区间值确定方法;其次,综合考虑地下硐室地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,在研究围岩稳定性进行分析的基础之上建立地下硐室节理岩体的区间非概率可靠性分析模型;然后,运用区间理论与一维优化算法求解非概率可靠性指标,并采用可靠性评价准则对地下硐室岩体稳定性进行综合评价。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用了可实现程序化的矢量分析法,应用数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状,力学参数等工程数据,依次分析各关键块体,得到滑动方向、区间可靠度等相关信息,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导 。     

松软破碎硐室群围岩应力分布及综合加固技术

采用现场试验与测试、理论分析、数值模拟相结合的研究方法,开展了山西潞安屯留矿井底车场松软破碎硐室群围岩应力分布与综合加固技术研究。硐室群围岩属于中等地应力场下的松散破碎节理化软岩;围岩应力分布特征表现为：在硐室交叉处和拐角处,出现应力集中与二次叠加,应力峰值达到原岩应力的2～3倍;高压注浆后进行高预应力、强力锚杆与锚索支护是松散破碎围岩有效的综合加固方式。高压注浆可充填和黏结裂纹,提高节理化岩体的完整性与强度,并可提高锚杆与锚索锚固力,有利于支护阻力的传递与扩散。高预应力、强力锚杆与锚索能在围岩内形成拱形的压应力加固区域。井下试验表明：综合加固技术有效控制了松软破碎硐室群围岩变形,保持了其长期稳定。     

应变软化圆形硐室开挖问题的弹塑性分析

岩石的应变软化性质给地下硐室的施工及维护带来了一系列问题。为保证应变软化岩石中硐室围岩的安全和稳定,本文首先基于Mises屈服准则及岩体单轴压缩本构关系,得到了简化的岩体应变软化本构模型;再结合岩体流动法则,运用弹塑性理论,对圆形硐室在等压荷载条件下围岩各区应力与位移分布规律及围岩压力与硐周位移关系进行了研究,得到了围岩各区应力场、位移场及围岩压力与硐周位移关系的理论解答。     

深埋岩石硐室在爆炸应力波荷载作用下的破坏效应

深埋岩石硐室在爆炸应力波荷载作用下的破坏效应对于国防和民防工程及其他抗爆抗震工程的防护设计和效应分析具有重要意义.国内外通过核试验、大型化爆试验、小型模拟实验、材料特性研究、理论解析、数值模拟等方法取得了一些研究成果,但有许多问题解决得不够系统和完备.基于工程观测资料,采用现场试验数据综合分析、小比例化爆模拟实验和岩石脆性破坏模型的三维动力有限元数值模拟的方法,研究了深埋岩石硐室在爆炸应力波荷载作用下随着各种条件的变化而发生的破坏效应.根据爆炸硐室工程破坏现象和相关力学条件,总结了硐室宏观破坏的一般图象、变化特征和影响因素等规律,编制出新的硐室破坏分区表,可供类似条件下的工程概略设计与分析使用.水泥砂浆材料小比例化爆模拟实验表现了完整多孔硬岩中硐室应力波破坏的特征,是对核试验成果的有益补充.水泥砂浆中硐室破坏方式表现为压垮、围岩强烈塑性变形和产生裂隙,硐室稳定性比裂隙硬岩中要好,存在口部加剧效应和多硐相互作用.扫描电镜试验表明,硐室微观损伤破坏变化规律与宏观破坏现象是一致的,可以用水泥砂浆中的砂粒是否明显破坏作为硐室发生宏观严重破坏的微观标志.根据微观损伤特征,可以看出硐室破坏随比例距离、硐室轴向、断面形状和尺寸而变化的趋势.同等条件下,直墙拱顶形硐室比圆形硐室破坏严重,大硐室比小硐室破坏严重,且应力波从侧向作用的硐室比应力波沿轴向作用的硐室、直墙拱形硐室比圆形硐室的尺寸效应强烈.在数值模拟研究中,采用了实测经验应力波规律和能表现材料破坏后性能劣化及脆性破坏非连续各向异性发展的材料模型,建立了适用的硐室工程破坏准则,编制了动力有限元参数化分析的计算程序,计算了大量模型的硐室破坏历程和最终工程状态.工程实例计算表明,数值模拟方法是合理可行的.通过数值模拟研究了荷载特征参数以不同方式变化、硐室大小、形状和轴向不同以及存在围岩松动圈、岩体各向异性弱化时和水饱和岩体中硐室受应力波破坏的效应.数值模拟表明,其他条件相同,硐室破坏程度随比例距离非线性地单调变化,在破坏方式有明显改变时硐室破坏形态会突变.当量、作用时间、硐室轴向、围岩松动圈、各向异性围岩弱化及岩体水饱和因素对硐室破坏的影响与荷载量级有关,当荷载较低时与荷载较高时影响效果不同,有时截然相反.硐室尺寸加大会使破坏形态改变,破坏加剧.在抗水平爆炸应力波作用下,矮墙拱顶形硐室比高墙拱顶形有利.药量立方根几何相似律对岩硐破坏具有较大的局限性.在载荷较高而峰值相同时,当量愈大硐室破坏愈重,载荷作用时间愈长硐室破坏愈厉害.围岩松动圈能使围岩拉应力状态削弱、压剪性破坏增强.围岩定向弱化能明显改变硐室破坏形态,弱化方向的影响非常突出.水饱和岩体中的硐室在应力波较强时比干花岗岩中破坏强烈,但应力波较弱时却相反.化爆模拟实验和数值计算都表明,在一定的载荷量级以下,对本来可能严重破坏的硐室进行全断面钢板衬砌加固是有效的.     

锦屏地下厂房围岩岩体结构分析

岩体结构特征是影响水电站地下厂房围岩稳定性的因素之一,其研究工作也是评价硐室稳定性的基础.通过对地下厂房上下游边墙的现场调查及编录资料,运用DIPS等软件进行分析,旨在找出研究区的岩体结构特征,为研究地下硐室围岩的稳定性提供帮助.     

基于应变非线性软化的圆形硐室围岩弹塑性分析

依据塑性力学全量理论,将岩体单轴压缩的非线性软化本构关系推广,得到复杂应力状态下圆形硐室围岩塑性区的等效应力与等效应变关系;籍以求得应变非线性软化的圆形硐室围岩塑性区半径、弹塑性区应力、应变和位移;进而求得相应情况下的硐室围岩平衡方程、地应力与硐室周边位移关系以及围岩压力方程。首次给出围岩弹性区承载力、塑性区承载力的表达式。     

硐室开挖过程中考虑应变软化性质的合理性分析

地下硐室施工过程中,岩体应变软化性质会对其开挖及支护产生一系列影响。为保证施工过程中硐室围岩的安全和稳定,本文给出了考虑岩体应变软化性质的围岩各区应力、位移分布规律及围岩压力与硐周位移关系的弹塑性理论解。通过简单算例将此理论解答与围岩的实际工程特性及传统芬纳解进行分析对比,验证了考虑岩石应变软化性质的合理性。     

深部机头硐室锚注和底板卸压联合支护技术研究

新庄煤矿胶带暗斜井沿煤层布置,暗斜井内铺设强力胶带输送机,第二部机头硐室变形破坏明显。研究该硐室锚注加固和底板卸压技术,对于硐室围岩的长期稳定具有重要的现实意义。基于硐室工程地质条件,采用理论分析、数值计算和现场工业性试验进行系统研究,研究结果表明:(1)硐室围岩岩性差,受井筒保护煤柱固定支承压力的作用,硐室围岩应力高、围岩有效载荷系数较大,造成硐室底臌和围岩变形破坏严重。(2)与卸压前相比,硐室底板开挖卸压槽以后,明显降低了硐室底板围岩铅垂应力和两帮围岩水平应力,而硐室顶板围岩铅垂应力、两帮水平位移量基本保持不变,所以底板卸压槽有利于硐室围岩的长期稳定。变形严重的机头硐室采用锚(索)网喷联合支护翻修以后,底板开挖卸压槽,硐室顶板、两帮采用注浆锚杆注浆,且两帮、底板(含卸压槽)采用锚索束注浆。项目实施以后硐室围岩处于稳定状态,现场工业性试验取得了成功。     

多次爆破开挖下硐室围岩损伤累积及松动圈扩展规律研究

为了探究硐室围岩在多次爆破开挖下的损伤累积及松动圈扩展规律,结合某试验硐室爆破开挖工程,通过ANSYS/LSDYNA重启动技术模拟多次爆破开挖下围岩的损伤累积,采用地质雷达法测定多次爆破开挖后围岩松动圈厚度,分析围岩松动圈扩展规律,最后明确硐室围岩损伤范围与松动圈厚度之间的定量关系。研究结果表明：多次爆破开挖后围岩损伤累积范围同松动圈厚度一样呈单调递减趋势,增长速率逐次降低,直至不再累积扩展;将损伤变量D在0.25～0.78之间的损伤范围看作围岩松动圈厚度,数值模拟结果与现场测试结果误差较小,说明在一定程度上岩体损伤累积程度的变化就是围岩松动圈厚度的变化。相关结论可为今后爆破开挖下硐室围岩研究提供一定参考。     

隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合实验系统 ,对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中 ,隧道顶部不同距离上的溶洞对围岩稳定性的影响进行相似模型实验研究 ,实验结果表明 ,开挖引起的总释放位移随溶洞的距离呈现减函数变化 ;在有溶洞的断面开挖瞬间释放位移增量随溶洞离隧道的距离增大而减小 ;开挖后的流变位移也随溶洞的距离增大而减小。开挖瞬间的位移释放率随溶洞距离而呈现减小的趋势 ,约为 2 3%- 2 5 %。开挖后的流变位移释放率与溶洞距离没有明显的关系     

岩溶对公路隧道围岩稳定性的影响研究

针对我国公路隧道修建日益增多及岩溶分布广泛的现状 ,利用“公路隧道结构与围岩综合实验系统 (CTSSSRH)”和有限元分析程序对岩溶区公路隧道围岩稳定性进行了一系列的大型相似模型试验和数值模拟研究 ,探讨了溶洞大小对围岩稳定性的影响 ,总结了公路隧道围岩稳定性与岩溶关系的一些规律     

基于统计岩体力学的隧道围岩分级方法

国标《工程岩体分级标准》(GB50218—94)在隧道设计阶段应用广泛,但是由于地质条件的复杂性及岩体各向异性的影响,不能精准预测施工阶段隧道围岩等级。本文基于统计岩体力学提出了针对隧道施工阶段的围岩分级方法,即通过现场岩体结构面统计和岩石力学试验,获取结构面参数和岩石力学参数,应用统计岩体力学强度理论及本构理论,获得具有各向异性特征的岩体弹性模量参数E_m,进而应用经验公式换算得到BQ值,从而确定隧道围岩基本分级。在实例中,小盘岭2号隧道GDK347+360里程处围岩设计分级为Ⅲ级;应用此方法重新分级的结果为Ⅳ级,低于设计分级,这与现场观察和监测的围岩性状吻合,说明本方法在隧道施工阶段能较为客观地反映围岩性质。以上研究结果表明,在含碳泥质板岩隧道围岩施工阶段岩体分级过程中,本方法具有良好地适用性。     

非线性耦合围岩分类技术及其在金川矿区的应用

非线性耦合围岩分类技术是一种在岩石工程系统思想的基础上,考虑影响因素的综合作用,注重工程状态变化特点的围岩评价方法。该方法首先寻找所有的影响因素和现场样本值;然后应用神经网络产生耦合作用矩阵,提出稳定性分类技术指标;最后由回归统计分析得到各稳定性参数范围,讨论主要影响因素及作用机理。研究发现:当围岩分别处于极不稳定、不稳定、稳定、较稳定、很稳定这五种状态时,评价指标Sp相应范围分别是0～0.24,0.24～0.46,0.46～0.72,0.72～1.15,>1.15;原岩强度、岩体结构、RQD值、支护方式是影响金川矿区围岩工程稳定性的最有利因素,而工程埋藏深度、地下水渗透大小、结构面的张开度、硐室走向与结构面产状关系则是影响金川矿区围岩工程稳定性的最不利因素。非线性耦合围岩分类技术在1120水平巷道工程中的应用结果表明,该技术能够随时监测围岩的稳定状态,并能及时地为支护设计提供可靠的理论依据。     

曹家洼金矿采场围岩稳定性分析

曹家洼金矿小尹格庄矿段受招平断裂(主裂面)及其三组次级断裂影响,采场岩体中发育出主要与主裂面大体平行的优势结构面。该矿段三中307、308采场于2010年发生围岩垮塌,造成部分矿量损失,因而采用CSRI分类法并结合RMR分类法的方式开展岩体稳定性调查与预测。根据实测和计算分析,认识到岩体结构面状态及其性质是影响采场围岩稳定性的最重要和最根本的因素,进而得出了小尹格庄矿段A、B、C、D各分区岩体稳定性预测结果,与307、308采场岩体垮塌滑移状态基本一致。预测结果已作为调整采场结构参数和支护方式的依据。     

水电站地下厂房开挖过程弹塑性数值分析

采用三维弹塑性有限元计算,对某水电站地下厂房开挖过程进行了数值模拟,分析了开挖过程中毛洞周边围岩位移和应力的变化规律,分析结果表明厂房由于洞室围岩比较破碎,围岩开挖变形量较大,洞室的稳定性较差,开挖后要及时施工支护结构。     

三峡工程地下厂房围岩稳定性研究

三峡工程地下厂房围岩稳定性问题是地下厂房主要的岩石力学问题。以地下厂房岩石力学试验及地应力测试结果为基本资料,采用有限元数值计算、工程岩体分级、围岩块体分析等分析手段,对地下厂房围岩稳定性问题进行了研究,并对围岩稳定性及必要的支护措施进行了讨论。     

隧道顶部溶洞对围岩稳定性影响的数值分析

以在建的某高速公路岩溶隧道为工程背景,采用有限单元法,运用迈达斯GTS分析软件,建立隧道结构及围岩的三维分析模型,重点分析了不同位置、大小的顶部溶洞在开挖过程中对围岩变形位移、力学特性、塑性区以及支护结构受力的影响,研究了顶部溶洞对隧道围岩稳定性的影响,所得结论可为岩溶地区隧道工程的设计、施工和研究提供指导。     

侧部岩溶隧道围岩稳定性数值分析与研究

 结合忠垫高速公路岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件FLAC3D对侧部含有溶洞的隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞内和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向2个相反的方向变形,是较危险区域。围岩塑性区主要集中在隧道的周围和溶洞的左右侧部,溶洞的顶部和底部处塑性区较少。隧道与溶洞之间的围岩由于应力集中可能使围岩产生过大的变形和岩体破坏,对其稳定性要给予特别重视。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

丹巴水电站石英云母片岩力学特性及岩体质量分类

按水电行业HC法将丹巴水电站片理状岩体质量分类定为IV类,围岩稳定性差。通过对丹巴石英云母片岩的宏细观力学特性试验,提出石英云母片岩的“似块状”岩体结构,对岩体质量分类进行合理修正。通过单轴压缩试验、不同围压下真三轴试验表明,高应力作用下片岩的各向异性不明显,并通过薄片的细观试验提出丹巴石英云母片岩并非“层状结构”岩体结构,而是“似块状”结构。在此基础上,对丹巴水电站引水隧洞岩体质量分类进行了修正,隧洞围岩以III类为主。最后,通过现场回弹测试、声波检测和变形分析表明,围岩自稳能力强,修正后的分类标准具有良好的适用性。因此,研究不同应力环境下特殊岩石的力学特征对于岩体质量分类具有重要意义,可为同类水电工程围岩分类提供借鉴。