不良地质引水隧洞开挖支护应力变形数值模拟研究

选取围岩强度低、变形量大的不良地质段为代表断面进行计算分析,建立了FLAC3D模型,研究隧洞开挖支护围岩的变应力变形情况。结果表明:隧洞的开挖破坏了围岩的原始应力场,隧洞径向轴力释放,切向应力集中,隧洞顶拱位置形成了比较明显的开挖松动圈。隧洞支护后,支护措施承受部分围岩压力,围岩应力得到改善,隧洞围岩变形明显减小,开挖断面变形整体趋于均匀,隧洞周边塑性区有所改善,因此支护措施对围岩变形起明显的限制作用。     

大型洞室分层开挖围岩位移释放率与支护效用探讨

针对大型洞室从上往下分层开挖和每一层从一端到另一端沿水平方向分步开挖的空间开挖特点,基于应力反转法研究了大型洞室分层分步开挖过程中不同部位围岩位移释放规律,基于摩尔应力圆法提出了围岩支护效用的定量评价方法.工程实例研究表明,大型洞室顶拱和边墙不同部位围岩在当前层开挖前、开挖过程中和开挖后的位移释放率都不一样;开挖过程中围岩屈服区体积演化是一个与应力释放系数相关的非线性变化过程;不同位移释放率条件下,支护系统对提高围岩强度的作用效用可通过支护前后围岩摩尔应力圆到强度特征曲线的距离来定量表述.     

隧洞开挖过程中锚固支护施加时与掌子面距离的确定

基于三维弹塑性损伤有限元分析软件,建立了某引水隧洞工程的三维有限元模型,首先确定了施加锚固支护时的开挖荷载释放率;然后分别研究了随开挖荷载释放率增大和掌子面推进时围岩的变形规律,并基于开挖荷载释放率与位移释放率之间的关系及位移释放率与监测断面至掌子面距离之间的关系,建立了开挖荷载释放率与监测断面至掌子面距离的关系,确定了以施加支护时与掌子面的距离为参数的锚固支护时机。     

大型地下洞室开挖支护弹塑性损伤有限元分析

应用弹塑性损伤有限元理论,采用增量荷载变刚度迭代法,对地下厂房洞室群的稳定性进行三维数值模拟,以判定地下厂房洞室群布置、施工开挖顺序、围岩支护参数的合理性。模拟计算结果表明:围岩的破坏区基本限制在洞周2~6 m范围内,洞周位移为2~5 cm,围岩应力分布较均匀,整体稳定状态较好,说明采用的开挖方式和锚固支护参数基本是合理。但在洞室交岔口和断层穿过的部位,锚杆应力和洞周位移偏大,在断层处局部破坏范围也较大,这些部位的稳定条件稍差,在施工中可增加一些随机锚杆和锚索进行支护。通过施工过程中监测数据与计算结果的对比分析,验证了三维弹塑性损伤力有限元计算的正确性。     

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

洞室围岩收敛变形灰色理论预测

洞室开挖后，洞周围岩的应力状态将会发生应力重分布。这是一个复杂的物理力学过程，其直观表现是洞室围岩发生位移。在以新奥法为代表的现代隧洞工程中，常常以收敛变形量测值作为判断围岩稳定状态和支护结构的经济合理性指标之一。一般地讲，围岩收敛变形是随时间而变化的。因此，收敛量测得到一个与时间顺序有关的数据列。我们曾根据围岩变形随时间变化的特点，利用岩石流变理论进行了研究。本文简略地介绍了采用灰色理论的原理和     

不良地质条件下排水隧洞开挖一次支护稳定分析

不良地质条件下排水隧洞开挖后的一次支护对于限制围岩变形、确保围岩稳定及隧洞结构安全具有重要作用。在考虑围岩初始地应力场的基础上,采用三维非线性有限元模型模拟了排水隧洞开挖及一次支护过程,分析了不良地质条件下(Ⅴ类围岩)的围岩应力及隧洞一次支护结构的稳定性,可为隧洞支护三维有限元结构设计优化和合理安排支护时机提供依据。     

彭水电站尾水洞施工开挖过程数值分析

通过弹塑性有限元计算,对乌江彭水水电站尾水洞开挖过程进行了数值模拟.分析了施工开挖中洞周围岩位移的变化规律和开挖完成后围岩的应力和变形;探讨了由于开挖卸荷引起的岩体力学参数降低对围岩变形、应力的影响.在此基础上,对设计采用的锚固支护措施的加固效果及围岩稳定性作出了评价.计算分析表明:尾水洞群由于洞室开挖洞径大,洞室岩柱相对单薄,围岩开挖变形量较大,各洞最大位移在40～70 mm之间,相邻洞室间岩柱塑性区基本贯通,洞室高边墙的稳定问题将显得较为突出;设计喷锚支护措施处于正常承载状态,能够满足围岩稳定性要求.     

Phase2在导流隧洞初期支护数值分析中的应用

不同地质条件下,导流隧洞开挖后的初期支护对减少围岩受施工扰动产生的应力释放,限制围岩变形,确保洞内施工安全有重要意义,采用Phase2模拟了导流隧洞开挖及初期次支护过程,分析了不同地质条件下(Ⅲ、Ⅳ、V类围岩)的围岩应力及隧洞初期支护结构的稳定性,可为验证设计的初期支护措施提供依据。     

某水电站地下厂房开挖初期监测成果分析

地下厂房的洞室变形和应力监测基本能够较全面地反映围岩变形情况、支护锚杆及锚索的工作状况.围岩应力、锚索荷载在地下厂房洞室开挖和支护初期的增加间接验证了围岩变形监测成果,在时间和空间上具有较好的关联性.地下洞室的首层开挖对顶拱变形较大,第一、二层的开挖对拱脚和边墙的变形影响较大,位移增量区域均存在向低高程(开挖面)下移、...     

清江水布垭枢纽地下洞室施工开挖数值分析

通过非线性二维有限元计算,对水布垭地下电站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评价。     

深埋TBM隧洞围岩稳定与衬砌支护时机研究

结合某市供水项目TBM有压输水隧洞工程,建立三维数值分析模型,考虑开挖面空间约束效应,采用FLAC3D进行施工开挖期的围岩稳定与衬砌支护时机研究,分析了深埋TBM隧洞围岩的变形过程和在不同衬砌支护时机条件下围岩的变形与衬砌受力规律。计算结果表明,开挖掌子面的空间效应明显,对围岩的变形过程有较大影响;衬砌支护越早,围岩的变形量越小,但会造成衬砌应力水平显著提高,对衬砌结构的安全不利;因此建议综合考虑围岩稳定状态与衬砌应力量值决定衬砌支护时机。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

基于工程类比的高地应力地下洞室高边墙围岩支护强度评价

高地应力地下厂房高边墙围岩支护强度的评价对于保证大型地下工程围岩稳定性具有重要意义。猴子岩水电站地下厂房地应力高、强度应力比低,施工开挖中出现喷混凝土开裂、岩锚梁错位、岩体开裂、锚墩内陷等典型的围岩变形破坏现象,对洞室安全造成严重威胁。通过多点位移计、锚杆和锚索的应力监测数据分析,将猴子岩和锦屏Ⅰ级水电站地下厂房进行比较,提出了预应力锚索和锚杆的单位面积预应力支护强度计算方法,并根据评价结果对局部洞段进行针对性的围岩补强支护设计。结果表明:猴子岩地下厂房围岩变形整体上比同期的锦屏Ⅰ级围岩变形大,而锚索应力水平比锦屏Ⅰ级小,锚杆应力水平整体相当;猴子岩地下厂房下游边墙的支护强度大于锦屏Ⅰ级下游边墙的支护强度,上游边墙的支护强度小于锦屏Ⅰ级下游边墙相应部位支护强度,猴子岩地下厂房上游边墙补强支护后的围岩变形得到有效控制,表明了补强措施的有效性。研究可为类似高地应力地下洞室围岩支护设计和支护强度评价提供参考和借鉴。     

构皮滩水电站尾水隧洞特大断面软岩开挖支护

构皮滩水电站尾水隧洞软岩不良地质洞段占尾水隧洞全长的70%以上,确保软岩洞段的安全快速开挖是尾水隧洞施工的关键,尤其一次支护的强度对洞室稳定影响极大。为此,施工中根据软岩的地质特点及尾水隧洞开挖的断面尺寸,采取分层开挖和超前锚杆的施工方式和型钢拱架进行一次支护。根据监测结果,围岩变形很小,一次支护效果良好,表明构皮滩水电站尾水隧洞大断面软岩采取的开挖方式和一次支护方式是成功的。     

引水隧洞围岩开挖施工技术及力学模拟分析

针对流域梯级电站引水隧洞建立三维有限元模型,计算该隧洞施工开挖支护阶段的应力变形,分析隧洞洞室及围岩的结构稳定性,所得成果可为引水工程隧洞施工提供一定的参考。     

地下厂房施工过程的三维非线性数值模拟分析

根据冗各电站地下厂房开挖支护的施工顺序,以隐式杆单元模拟锚杆,以壳单元模拟混凝土喷层,采用三维非线性有限元技术,对洞室群的开挖支护动态过程进行了模拟计算。通过三维非线性有限元计算分析得到:洞室群动态开挖过程中围岩应力变形的分布规律,围岩塑性区的发展规律,锚杆受力变化情况。计算结果表明:整个开挖过程中,洞周围岩位移变化规律正常,量值较小,塑性区主要分布在洞室周边,围岩稳定性较好;但在洞室交叉口处围岩的变形较大,出现较大范围的塑性区,在此基础上提出了支护措施优化方案,并对优化方案的效果进行了评价。     

大变形隧洞不同支护方案支护效果的对比分析

为了探索在煤炭行业大变形巷道中使用的一种让压支护方案在大洞径永久运行隧洞中的支护效果和应用价值,以锦屏二级水电站输水隧洞为典型算例,采用数值模拟的方法对强支护、分层支护、让压支护进行对比分析。分析结果显示让压支护可有效释放围岩变形并控制塑性区发展规模,使围岩的应力、支护体受力状态得到有效改善,支护体安全系数有效提高。该支护结构同时具有强支护控制塑性区规模、分层支护释放围岩变形和压力的优点,是目前较为理想的大变形隧洞支护方案。     

陕西省引汉济渭二期工程引水叉洞施工变形特性研究

在已建引水隧洞旁新建叉洞会引起交叉段围岩和支护结构的应力释放与重分配,使得交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化,影响已建引水隧洞的安全可靠性。基于引汉济渭二期工程,通过建立黑河引水隧洞与连接洞交叉段三维有限元模型,采用摩尔库伦屈服准则,研究在Ⅲ类围岩条件下,连接洞开挖、引水隧洞正常运行、预留岩塞段开挖及引水隧洞交叉段衬砌拆除等施工过程对引水隧洞位移、应力等影响。结果表明：连接洞前段开挖对引水隧洞的影响变形在0.02 mm以下,影响较小;引水隧洞正常运行时,在距交叉口20 m内范围内,岩塞体最大变形在0.08 mm内,因此预留20 m岩塞可以保证安全;预留岩塞段开挖,交叉口附近15 m范围内衬砌最大下沉变形为0.6 mm,衬砌未出现拉应力,引水隧洞结构安全;交叉段衬砌拆除后,剩余衬砌最大变形小于1.0 mm,引水隧洞衬砌受压,最大压应力在4.0 MPa以内,衬砌结构安全。     

红层软岩隧洞施工过程围岩大变形特征及其支护

红层软岩作为一种特殊的地质结构具有变形量大及流变性的特点,在该地质条件下开挖隧洞 可能会出现围岩大变形甚至发生失稳坍塌等安全事故。针对滇中引水工程的磨盘山隧洞部分洞段要穿 过红层软岩地区并面临着围岩大变形的难题,采用有限元软件对隧洞围岩变形规律及支护措施进行数 值分析。结果显示:隧洞开挖后洞周发生较大的应力集中,导致围岩变形量和塑性区范围较大,在软弱 断层带部位变形量高达２８５．５ｍｍ,塑性区深度达１０ｍ左右,远远大于硬岩对应值。隧洞开挖后对围岩 进行临时支护以及永久衬砌,两者对减小围岩变形量和塑性区范围均有较为明显的作用。