锦屏二级水电站深埋隧洞开挖损伤区特征分析

在高应力条件下,岩体强度和应力之间的尖锐矛盾将导致围岩出现损伤,损伤是不同应力条件下围岩状态的直接体现。利用声波检测和钻孔电视对锦屏二级深埋引水隧洞的一典型断面进行全断面测试,声波测试结果显示,断面上低波速带断面形态呈不对称状,与断面应力分布也并不完全对应。在每个声波钻孔中补充钻孔电视,对破裂发育深度和围岩内部实际构造特征有了更直观的认识。为对损伤区特性进行更加准确的描述,利用FLAC3D计算在洞周不同位置处关键点的应力路径,对关键点的应力状态进行分析。在UDEC泰森多边形离散的基础上增加对于节理的描述,分析节理对损伤区分布的影响,模拟结果表明,节理的存在改变了隧洞开挖后洞周的应力分布,从而导致围岩破损和破坏区域的差异。最后,借助于颗粒流程序PFC对隧洞开挖后围岩的损伤区进行模拟,所揭示出的损伤局部化特征和损伤区、破裂区分布特征与现场实际具有很好的一致性。     

高地应力特长大断面隧洞围岩稳定监测与分析

对大埋深高地应力大断面引水隧洞开挖围岩稳定问题,运用隧洞施工理论和监测技术与方法,充分结合工程实际,采用断面收敛仪、多点变位计、振弦式锚杆应力计等监测仪器及方法对围岩收敛变形、隧洞围岩深部变形以及锚杆轴力等围岩稳定进行监测和分析。结果表明：大埋深软L弱围岩地质条件下,隧洞会产生大变形,即使是在初期支护的作用下,净空收敛的量值和速率在测试初期也是很大：隧洞开挖效应对左右边墙锚杆的轴力变化影响较大,而对拱顶锚杆的轴力变化影响较小;洞室开挖侧墙水平应力释放容易导致高边墙产生片帮、剥落,在开挖时应加强高边墙的位移和应力监测,适时进行支护。     

不同TBM掘进速率下洞室围岩开挖扰动区研究

 在不同卸荷速率下三轴加卸载室内试验成果的基础上,以Hoek-Brown经验强度准则为依据,拟合出在不同卸荷速率下板岩的力学参数(黏聚力和内摩擦角)。在分析TBM掘进特点的基础上,提出能反映其特点的数值模拟方法,并在FLAC3D程序中引入加卸载准则,对不同掘进速率下隧洞围岩的开挖扰动效应进行数值模拟研究。结果显示：掘进速率越快,围岩开挖扰动效应越小,围岩越稳定;隧洞围岩在开挖后变形较为均匀;在隧洞的径向,位移和应力变化较为明显的呈现为3个区域,即强变化区、弱变化区和平稳区;最大主应力随着洞径方向逐渐由单向应力状态向二向应力状态和三向应力状态转变,第二偏应力不变量在隧洞轴向方向形成一闭合的应力集中区域,称为“应力墙”,该区域在TBM掘进过程中对刀头切割岩体达到破岩的效果极为有利;隧洞围岩开挖扰动区随TBM掘进速率变化较大,当掘进速率增加一倍后,其扰动区由1.1 m降低到0.4 m,减小了64%。     

隧道围岩力学特性的敏感性分析

在深埋软岩引水隧洞工程中,为掌握隧洞施工期围岩变形特征,开展对隧洞支护时机的研究,需要确定准确的岩石力学参数以反映真实的围岩力学特性。文章依托实际隧道工程,借助有限差分软件FLAC3D建立反映隧洞开挖支护工序以及蠕变过程的三维数值仿真计算模型,采用极差法研究隧洞围岩基本力学参数对围岩变形的影响,并确定待反演参数;基于正交试验设计构建25组待反演参数组合,代入到数值模型中进行计算,得到监测断面各测点位移值。研究结果表明,隧洞围岩参数敏感性大小排序为：弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。在隧洞施工过程中,掌子面附近围岩变形受开挖扰动影响明显,随着时间的延后,位移不断增大但位移速率逐渐减小至一稳定值。     

不同开挖方式下隧洞数值模拟分析

以Ⅱ类围岩为例,通过建立隧洞的三维FLAC3D数值模拟模型,分别分析了隧洞施工过程中全断面开挖和上下台阶开挖两种开挖方式对隧洞围岩的应力场、位移场及塑性区的影响,为解决隧洞开挖的设计和施工提供了重要的理论意义和工程实际价值。     

深部硬岩开挖隧洞围岩稳定性数值模拟

通过RFPA方法考虑岩石材料的细观非均匀特性,对深埋硬岩隧洞全断面一次开挖和分断面多次开挖进行数值模拟分析,直观呈现隧道围岩破裂面位置与形态渐进破坏诱致失稳的演化全过程,并与现场破坏情况对比研究,旨在揭示两种不同施工过程中应力演化、位移扩展、能量释放多个特征方面对围岩稳定性的影响及其破坏机制。数值模拟结果表明,隧洞围岩稳定性采用分断面多次开挖优于全断面一次开挖方式,为应对1#引水隧洞TBM掘进到锦屏山核部强岩爆风险,排引2#横通道往西洞段采用钻爆法超前实施导洞方案为最佳。虽然分断面开挖可以显著地降低围岩破坏风险,但不能彻底排除多次扩挖过程中围岩大塌方的情况,则建议这些洞段直接钻爆扩挖到位,让TBM步进安全通过为宜。同时深埋硬岩"城门型"隧道的破坏机制是来自侧壁破坏为主而拱形部位不存在压力拱破坏,与浅埋隧道的破坏在拱顶的破坏机制有明显区别,对认识隧道破坏机制有重要意义。     

陡立薄层岩体隧洞围岩失稳机理及支护研究

以玉瓦水电站引水隧洞围岩的变形失稳为研究对象,系统总结分析了陡立薄层岩体中顺向开挖隧洞围岩的失稳模式,将围岩的失稳模式划分为滑移-脱落、滑移-弯曲、张开-剥落、拉断-弯折及鼓胀-弯折等五种类型,并逐一分析了其失稳机理。结合围岩工程地质特征和目前隧洞锚杆支护设计施工的实际情况,在现有锚杆支护体系的基础上提出了"系统锚杆+横向连接筋"的新型锚杆支护系统。该锚杆支护系统能够有效约束陡倾薄层岩体中顺向开挖隧洞围岩的变形,防止围岩的顺层失稳破坏,并能够大大提高系统锚杆对围岩的整体支护强度,保证隧洞的施工及运行安全,具有较高的实用和推广价值。     

节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性

节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要的影响。在地震的作用下节理而可能张开、滑移。在有临空面时，节理岩体将表现出显著的几何非线性和大变形。对已有的非连续变形分析程序进行了改进，应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖的过程以及地震荷载作用下隧道围岩的动力响应，并模拟了围岩的失稳和破坏过程，这有助于了解节理岩体中隧道围岩的变形和破坏机制。从计算结果可以看出，非连续变形分析方法可很好地模拟节理岩体中的隧道开挖过程以及地震荷载作用下围岩从稳定、失稳到破坏的全过程。     

强度折减法在单洞室稳定性分析中的失稳判据比较

针对应用强度折减法对单洞室稳定性分析中临界失稳判据不统一的现状,基于Flac 3D软件建立围岩、埋深、洞室断面形状不同的模型,对强度折减法中广泛使用的计算不收敛判据、特征点位移突变判据、塑性区贯通判据加以比较.结果表明:单洞室塑性区围绕开挖面成片存在,不宜直接作为临界失稳的判据;在土质围岩和岩质围岩中三种断面形式的洞室...     

软岩隧洞围岩长期稳定性研究

以某洞线穿越典型软岩砂质泥岩地层的水电站引水隧洞为例,基于卸荷岩体力学理论,采用FLAC3D有限差分程序对其施工、运行及流变过程中围岩的受力和变形情况进行模拟,结果表明:(1)分部开挖并及时支护的施工方式能够较好地控制围岩的变形;(2)隧洞开挖后,洞周围岩产生较大的指向洞中的变形,开挖面附近围岩所受压应力大大减小,但总体仍为受压;(3)后期正常运行过程中,洞周围岩的变形逐渐趋于稳定,应力也逐渐向着有利于隧洞整体稳定的方向发展,表明隧洞的长期稳定性良好。研究成果可为软岩地层中隧洞的施工安全及长期稳定性研究提供一定的参考价值。     

浅析隧道工程支护理论研究现状

对隧道现在通行的两大支护理论即“岩承理论”和“松弛荷载理论”的原理及要点进行了详细的分析，得出了不同支护理论有不同的适用范围，即不同的围岩级别在开挖和施工时应以不同的支护理论为基础，这样做到合理开挖和支护。     

贵广铁路客运专线龙围隧道围岩开挖松动区分析

合理确定隧道围岩开挖松动区对隧道设计与施工具有极为重要的意义。针对贵广铁路客运专线龙围隧道工程,在开挖无支护情况下隧道围岩应力场的弹塑性数值模拟分析基础上,利用在隧道开挖边界沿径向以围岩中的点稳定系数变化曲线的方法来分析围岩开挖松动区范围,结果显示,在拱顶及边墙两侧附近的松动范围较大,在仰拱底部松动范围很小,而在分析开挖松动区的同时,也得到了其所对应的稳定系数。同时,也采用经典的弹塑性理论分析方法计算了该隧道的围岩开挖松动区。二者对比分析表明,传统近似算法所得的松动区范围,在洞顶区域偏小,而在仰拱区域偏大。综合而言,所采用的数值分析方法是较为合理的。     

Stability analysis of block in the surrounding rock mass of a large underground excavation

Keyblock has been received a lot of attention in underground engineering because it loses its stability first after excavation. Block theory originally proposed by Shi could not build the geometric characteristics of keyblock and explain how to determine the precise locations of keyblock. Therefore, the Unwedge program based on keyblock theory could not predict complicated polyhedral block except tetrahedral block and determine its precise location. In this paper, the stability of keyblock of a large underground excavation is analyzed in detail. First, the Unwedge program (Ver.2.35) is used to identify possible keyblocks and some limitations are discussed. Then many kinds of geometric models of polyhedral keyblock are built, a new computer program is developed to search keyblocks and determine their precise locations, comprehensively considering the action of gravity and dynamic loadings. Finally, the results of two methods are compared and the differences are analyzed.     

高地应力硬脆性围岩隧道失稳机理及处置措施

为探究高地应力硬脆性裂隙围岩区隧道失稳及结构破坏机理,并提出系统的处置措施,笔者通过对在建米仓山隧道进行现场调查,分析了高地应力破碎围岩区隧道开挖引发的围岩失稳破坏的特点,并结合特定的地质条件,利用能量理论对隧道施工过程进行数值模拟,分析模拟结果得到:米仓山隧道掌子面失稳主要原因是高地应力引起的能量超过岩体的最大承受能力,而岩体破碎是导致支护破坏的直接因素。基于此,文中提出了以下处置措施:(1)降低隧道围岩体内的能量;(2)采用“短进尺、弱爆破”的方式掘进;(3)初期支护结构采用双重支护,并加强监控量测;(4)将径向锚杆更换成兼起应力释放、锚杆、注浆填充作用的径向小导管。     

地下厂房围岩块体稳定分析及支护优化研究

目前支护优化分析大多数采用有限元进行计算,但有限元将围岩视为均匀介质,其计算结果很难符合以围岩等级为标准的支护设计要求.本文基于块体理论的支护优化分析,充分考虑了围岩中断层、岩脉和节理相对位置,通过块体分析软件(Unwedge)综合评价定位、半定位和随机块体的几何特征、滑动机理和稳定性状.进一步比较了不同支护方案的支护...     

特大跨度连拱隧道岩体节理的精细化描述及其块体稳定性分析

 福州长乐国际机场高速二期金鸡山隧道是双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,开挖过程易于产生块体,而块体稳定则是公路隧道施工过程中最为关键的问题之一。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面及其他出露区域的节理进行精细化采集与描述,经统计分析后预测隧道正洞区域内的节理分布,运用关键块体理论分析中导洞节理精细采集断面所对应的隧道正洞区域在开挖过程中可能产生的关键块体的位置、大小、下滑力、安全系数等与关键块体稳定相关的参数。对各关键块体在先后施加锚杆和衬砌加固的情况下进行力学计算,分析块体的稳定性,评价支护方案,为隧道的设计与施工提供依据。     

Spatial characterization of joint planes and stability analysis of tunnel blocks

It has been gaining credence over the past several decades that the spatial characteristics of rock joints exert detrimental effect on the stability of tunnel structures. The deterministic joint spatial distribution around the tunnel was defined by digital photogrammetry technique, which statistically provides the basis for performing Monte-Carlo simulation of stochastic joints that are hidden inside the surrounding rock. The blocks generated by the intersection between structural planes and excavation surfaces were analyzed based on the block theory and limit equilibrium. The keyblocks were identified and the corresponding factors of safety were determined. All these analysis procedures were codified into the computer program GeoSMA-3D (Geotechnical Structure and Model Analysis). The developed software satisfied the fast analysis requirements of joint plane simulation, spatial block modelling, keyblock identification and failure process illustration. The case study was performed with reference to Dabeigou Tunnel on Duolun Second-class Highway in Duolun Town, Nei Mongol, China. Failure process illustration would be useful to facilitate the practical engineers to understand the basic mechanism and select the strengthening strategies.     

浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

围岩的应力应变是分析隧道开挖中围岩稳定性的重要依据。文中通过大型有限元软件ANSYS,计算了不同埋深、不同坡度角、不同覆盖层厚度条件下,马鞍形浅埋偏压软岩隧道围岩的应力应变,分析其规律进行方案比选,确定了此类隧道比较合理的设计方案。分析结果表明:以2倍洞径的埋深作为偏压隧道深埋或浅埋的判断依据是合理的;隧道内壁各点的应力应变规律可以为隧道开挖中支护结构参数的选取提供参考。     

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。     

坝陵河大桥西锚洞岩溶围岩分级

 坝陵河大桥隧道锚洞工程周边围岩的岩溶较发育,勘察设计阶段确定其围岩级别为II～IV级。根据实际开挖所揭露的岩溶状况,需要调整超前支护和初期支护参数,以保证锚洞施工安全。在岩溶地质预报和一般地下工程岩体质量分级基础上,专门针对围岩为不同岩溶发育状态的岩体进行质量分级修正,建立锚洞岩溶围岩分级的物理模型和数学模型。根据岩体波速测试、岩体抗压强度以及岩溶发育程度修正系数等参数的确定,计算锚洞岩溶围岩级别主要为V级。事实上,在整个锚洞施工过程中,均采用超前小导管、超前锚杆、型钢拱架、挂网及喷射混凝土等强支护措施,锚洞开挖采用台阶法分步开挖。锚洞开挖完毕后对周边的破碎岩体及溶洞进行了注浆加固处理,也就是说,锚洞施工的超前支护和初期支护参数实际均按照V级围岩实施。实践表明,本工程岩溶围岩分级是合理的,对其他同类工程可提供借鉴。