地下洞室岩体动力本构模型研究及应用

岩体动力本构是研究地下洞室围岩抗震稳定的基础,但目前尚无普遍认可和较成熟的适用于地下洞室围岩地震分析的本构模型。结合已有试验研究成果,基于考虑地震动荷载作用下的岩体强化特性和地震波循环加载情况下的岩体疲劳损伤特性,提出一种适用于地下洞室群抗震分析的岩体弹塑性损伤本构模型,并嵌入到自主开发的显式有限元计算程序,应用于我国西南某大型地下厂房洞室群围岩抗震稳定分析。计算结果表明,设计地震情况下该洞室群围岩基本稳定,但洞室开挖中损伤较严重的区域在地震过程中其损伤程度可能会成倍增加,是抗震支护的重点区域。     

文登抽水蓄能电站地下厂房施工期围岩安全监测分析

依据文登抽水蓄能电站地下厂房施工期安全监测数据,对施工期围岩变形和支护受力进行了分析。监测成果表明,主厂房、主变室开挖围岩总体变形不大,最大变形量值为13.01mm,围岩变形-历时曲线整体上台阶状特征显著,不具有明显的时效性;支护体系受力也在正常范围内,表明地下厂房围岩是基本稳定的。结合厂区工程地质条件及物探成果,文登抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定主要受到石英二长岩岩性、长大裂隙、断层等地质结构控制,岩体变形受到应力卸荷松弛与局部岩体结构作用,变形较大区域多为受局部不良岩体结构和围岩开挖卸荷损伤作用所致。     

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。     

地下洞室开挖锚固支护时机数值模拟

针对采用数值模拟方法分析地下洞室开挖时对支护时机的模拟直接关系到计算结果的合理性问题,基于既有的支护时机确定思路,给出了在FLAC3D中对支护时机实现定量控制的方法.借助FLAC3D内嵌的FISH语言先获得开挖单元移除后的模型等效节点力,再根据选取的支护时机,将开挖荷裁分为由围岩单独承栽和由围岩与支护共同承载两部分.实例分析发现,不同支护时机下的洞室围岩稳定特征差别明显,表明在FLAC3D中采用上述方法能较好地实现对支护时机的定量控制.并运用既有的支护时机确定方法,对某工程的围岩整体稳定进行了计算分析.     

地下厂房围岩稳定性分析及支护方案优化

基于工程实际与设计方案,构建了甘肃省讨赖河三道湾水电站地下厂房洞室群的三维有限元模型,采用弹塑性有限元法计算模拟了洞室分步开挖及支护过程,分析了有无系统锚杆支护工况下围岩的应力状态及洞室变形,论证了锚索支护的必要性,并对锚杆长度设计方案进行优化.计算分析表明,系统锚杆明显改善了开挖围岩的变形与稳定性,该法可行、合理,可供借鉴.     

猴子岩水电站地下洞室群围岩松弛损伤控制技术

猴子岩水电站地下洞室群跨度大、地应力高、中主应力和最小主应力非常高,且与厂房轴向大角度相交,易导致大型地下厂房边墙发生劈裂破坏或损伤。根据地下洞室群施工期围岩损伤声波监测等资料分析,地下厂房损伤区主要分布在边墙浅层岩体4～5m范围内,高边墙局部部位损伤区分布在7～10 m范围,最大达11.8m。从开挖施工程序、围岩支护加固参数和时机两方面着手,采取了深层预裂、薄层开挖、随层支护的施工程序,由表及里、由浅入深、柔强结合的支护策略和快速支护加固机制,研究采取了下层超前和自进式锚杆预固灌,预应力锚杆一次注浆快速施工等工艺措施,从而控制了高地应力地下洞室开挖施工过程中的围岩损伤深度和发展程度。     

某地下洞室全长粘结式锚杆受力特性分析

为研究全长粘结锚杆锚固界面应力传递机理,建立了锚固界面应力计算模型,基于锚固界面弹性状态下锚固体与围岩协调变形假定,构建了锚杆内力与围岩位移之间的数学模型,利用有限元弹塑性数值模拟推导了沿杆长方向锚杆轴力与剪力的分布函数,并考虑接触面的损伤劣化,引入损伤变量,建立了损伤状态下锚杆应力修正与锚固支护效应力学模型。对某水电站地下厂房开挖过程中吊车梁锚杆受力特性的分析结果表明,本文方法合理、有效。     

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。     

某抽蓄电站地下厂房洞室群开挖支护过程中围岩稳定性分析

某大型抽水蓄能电站的地下厂房洞室群结构复杂,地质结构特殊,安全问题突出,需评价其在开挖支护过程中围岩的稳定性。为此,采用弹塑性有限元法,建立三维模型,使用自编程序Gehomadrid,根据开挖方案,通过不断调整模型中单元的存在状态,真实、有效地模拟了开挖支护过程,得到了开挖支护过程中围岩位移、应力、塑性区以及支护受力等结果。研究成果可为该工程设计、施工提供指导意见,也可为同类工程提供参考。     

基于滑动测微计的地下洞室围岩变形分析

以呼和浩特抽水蓄能电站为例,应用滑动测微计对施工期地下洞室围岩表面和深度变形进行监测。近20个月监测资料表明,监测期间地下洞室处于稳定状态,围岩表面变形较大值发生于地下洞室第五、六层开挖过程中。由于围岩深度变形主要由岩体结构面张开引起,配合多点位移计进行校核验证,则可判断围岩结构面张开位置。可见开挖过程的变形监测,可实时指导施工、优化设计、保证地下洞室开挖安全。     

三里坪水电站地下厂房洞室群开挖后围岩稳定性分析

根据三里坪水电站地下厂房工程地质条件及洞室群布置情况,采用二维有限元软件Phase2建立典型的Mohr-Coulomb岩体弹塑性模型进行数值模拟分析。结果表明,未采取支护措施时主厂房、主变室应变及围岩塑性区较大,采取支护措施后洞室群围岩位移变形、应力、塑性区均满足设计的围岩稳定性要求。     

某水电站大型地下洞室群围岩支护模拟分析

针对某水电站大型地下洞室群中大跨度、高边墙等因素对围岩稳定性的影响,采用有限差分法建立了大跨度、高边墙地下洞室群的三维计算模型。通过对比无支护与支护条件下的数值模拟结果,研究了支护对围岩应力、位移及塑性区分布的影响。结果表明,在开挖形成大跨度、高边墙的过程中,洞周围岩位移、应力值受影响显著,塑性区分布范围较大;施加支护后,洞周围岩变形减少了约23%,围岩变形得到了有效控制;应力集中和围岩塑性区分布范围均有所减小。     

地下岔洞开挖的三维弹塑性有限元分析

应用弹塑性有限元法对初始地应力场、洞室开挖等效应对地下岔管围岩的应力、位移和稳定的影响进行了数值模拟分析;并结合实际工程,给出了开挖后围岩应力和位移的分布及围岩的塑性屈服范围。     

地下厂房洞室群岩体参数的增量位移反分析

考虑大岗山水电站地下厂房洞室群围岩参数获取的复杂性和不确定性,提出针对大型地下洞室群分层开挖的岩体参数增量位移反演分析法,采用粘弹性（H-K）本构模型,基于地下厂房分层开挖实测位移,通过合理选择待反演参数,以每层开挖引起的增量位移计算值与实测值残差平方和为目标函数,利用遗传模拟退火算法优化目标函数,实现各向同性粘弹性参数的增量位移反分析。对反演得到的等效岩体参数进行正演分析,再对后续厂房开挖引起的围岩增量位移进行预测,可进一步判断围岩稳定性。     

李家峡水电站地下洞室围岩稳定探讨

通过对李家峡水电站地下洞室轴线与岩体构造组合关系、影响洞室围岩稳定的因素的探讨 ,提出工程实践中应详细掌握岩体构造、地应力和地下水分布的特点 ,及时调整洞室衬砌和支护方案 ,是保证洞室安全、施工安全、施工进度的关键     

大山口引水隧洞开挖与支护的数值分析

基于开挖施工过程,分析计算了开挖卸荷和支护后围岩位移工况及应力分布,并采用有限差分软件FLAC3D对围岩的位移与应力进行了比较,综合评价了洞室在开挖支护后的稳定性.结果表明,开挖卸荷未支护条件下围岩稳定性较差,可能影响开挖施工,及时采取支护措施后围岩的位移场和应力场可得到改善,稳定性提高.可为设计和施工支护提供参考.     

五岳抽水蓄能电站地下厂房初始地应力反演及围岩稳定性分析

河南五岳抽水蓄能电站地下厂房洞室群结构复杂，主厂房最大跨度26.0 m,高55.1 m,为大型地下洞室。岩体结构面发育，强度低，断层f₁贯穿三大厂房，安全问题突出，需分析其开挖后围岩的稳定性。为此，使用FLAC^3D程序建立地质模型，采用BSA-BP神经网络反演计算了该区的初始地应力场，而后进行地下厂房开挖的模拟计算，分析了围岩应力场、位移场及塑性区发育分布规律，结果表明地下厂房洞室群围岩基本稳定，但在断层发育部位及母线洞两端存在局部变形破坏的可能。研究成果可为该工程设计、施工提供指导，也可为同类工程提供参考。     

节理裂隙滑移对某抽水蓄能电站地下洞室喷砼支护破坏的影响规律

地下岩石工程中的裂隙等岩体结构对喷砼等支护结构的受力、变形及破坏具有重要影响.以某抽水蓄能电站为依托,针对开挖过程中揭露的节理裂隙及其分布特征,采用节理单元和Timoshenko梁单元对大型地下洞室群开挖过程节理的滑移和喷砼的破坏开展了施工全过程分析,研究了开挖过程中顺、反倾向节理裂隙的滑移变形发展规律和喷砼的轴力、剪...     

缓倾层间错动带对大跨度地下洞室顶拱围岩稳定的影响及支护对策

白鹤滩水电站右岸地下主副厂房洞跨度34m,洞室规模巨大;缓倾层间错动带C_4斜切地下厂房南侧顶拱,对厂房顶拱围岩稳定影响巨大。建立右岸地下洞室群整体三维模型,进行无支护条件下的围岩稳定分析,评价缓倾层间错动带C_4对厂房顶拱围岩稳定的影响;根据分析结果建议加强支护的措施及范围,并进行支护条件下的围岩稳定分析。研究结果表明,地下厂房顶拱受缓倾层间错动带C_4控制区域的影响深度超过9m,系统锚杆支护(最大深度9m)深度不足,建议采用支护深度更深的锚索进行加强支护;采用系统锚索支护后,地下厂房顶拱受缓倾层间错动带C_4影响区域围岩的应力状态得到有效改善,变形及屈服区得到有效控制,地下厂房顶拱围岩的稳定得到可靠保证。     

层间错动带对白鹤滩水电站地下厂房围岩稳定的影响

白鹤滩水电站地下厂房洞室群规模巨大,主副厂房洞尺寸达438.0m×34.0m×88.7m(长×宽×高),其间发育的层间错动带C2错动强、性状差,斜切整个左岸地下厂房中、下部边墙,是影响左岸厂房围岩稳定的主要地质构造。为此,建立了左岸厂区地下洞室群整体三维模型,分析了无支护情况下的围岩稳定性,评价层间错动带对地下厂房围岩稳定的影响。在此基础上,建立局部模型模拟层间错动带处理方案,分析地下厂房在支护措施下的围岩稳定性。结果表明,采用纵向混凝土置换洞和横向置换支洞的组合布置形式,层间错动带的剪切错动变形及围岩塑性区深度、局部大变形能得到有效控制,地下厂房围岩整体稳定可得到有效保证。