复杂地质条件下大型地下洞室群围岩稳定性研究

断层等软弱地质结构面是控制地下洞室群围岩稳定的主要因素。以某水电站大型地下厂房为例,采用三维非线性有限元法分析了地下洞室群的围岩稳定,建立了考虑优势断层结构面的地下洞室群三维有限元模型,对比分析了有、无支护方案下洞周围岩位移场、应力场及塑性区分布。结果表明,洞周围岩变形受断层影响显著,断层贯穿部位多发生应力突变,断层出露部位塑性区分布范围较大;施加支护方案后,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。     

白鹤滩水电站左岸地下厂房施工期围岩稳定安全监测分析

白鹤滩水电站地下洞室群规模巨大,地质条件复杂,地应力高,洞室开挖期间安全风险大,需要监测围岩稳定情况。通过分析左岸地下厂房第Ⅰ至第 Ⅳ 层开挖安全监测资料,揭示围岩变形规律、特性和原因,并给出了为稳定围岩采取的工程措施。成果表明:洞室施工期围岩变形是地质条件、地应力和开挖等因素共同作用的结果;错动带、裂隙和断层等地质构造影响洞段的顶拱围岩变形总量和变形深度均相对较大,一般洞段下游拱脚围岩变形相对大;顶拱中心和上游拱脚围岩变形大部分在深度6.5 m以内,下游拱脚部分桩号深度超过11 m的区域有一定变形,上下游岩台围岩变形深度大于顶拱;支护锚杆应力、锚索荷载在厂房内的空间分布规律和变化规律与围岩变形一致;一般洞段顶拱的锚杆和锚索受力仍有较好的余度,岩台层采取的针对性处理措施有效地提升了开挖成型效果。研究成果可为后续开挖期间围岩稳定的控制提供参考。     

杨房沟水电站地下洞室关键岩石力学问题及工程对策研究

杨房沟水电站地下洞室群规模宏大、地质条件复杂,施工期围岩稳定问题突出。为解决洞室开挖过程中普遍揭露的脆性岩体高应力破坏、缓倾结构面导致的顶拱变形破坏、喷层开裂脱落等岩石力学问题,结合施工地质、监测成果和数值模拟开展动态反馈分析,对洞群围岩稳定性进行了系统地分析和预测。结果表明,在洞室群开挖过程中,上游侧拱肩位置存在应力集中,是导致脆性硬岩发生片帮破坏的主要原因,而及时、有效的系统支护对抑制围岩应力型破坏至关重要;缓倾结构面对顶拱围岩变形与稳定起着控制性作用,主要表现为断层下盘岩体坍塌破坏和深层变形问题;在中高地应力条件下,受不利地质构造和施工质量等因素控制,洞室顶拱混凝土喷层容易发生开裂、脱落问题。通过开展施工期围岩监测反馈分析,不仅能够解释围岩变形破坏机制,而且能够为支护设计优化和信息化施工提供科学依据。     

地下水对节理岩体隧洞围岩稳定性的影响

采用离散网络渗流模型模拟节理岩体中的渗流,分析渗流对节理地下洞室稳定性的影响。通过对洞室开挖后常规静力荷载、常规静力荷载与渗透压力耦合作用以及常规静力荷载作用下考虑地下水对洞室围岩的软化作用3种工况进行模拟,得出洞室在3种工况下的应力和位移变化情况。结果表明:考虑地下水与否,不受其他外加荷载作用时,节理岩体地下洞室的围岩都不会遭到破坏;有高水头地下水作用时,渗透压力对洞室围岩的影响要比地下水对洞室围岩的软化作用对洞室围岩的影响大得多;渗透压力对地下洞室围岩的影响主要集中在洞顶部位,洞室侧壁围岩受地下水的影响较小。     

地下厂房尾水洞围岩开挖稳定模拟分析

借助ABAQUS软件的前后处理和计算模块,引入埋入式离散锚杆模型,考虑洞室开挖过程中应力分期释放,分析了侧压力对地下洞室围岩稳定的影响.计算结果表明,随着侧压力系数的增加,洞室边墙和底板处的位移、围岩塑性区和支护应力逐渐增大,而顶拱处塑性区和支护应力也逐渐增大,但位移变化趋势不明显.     

地下厂房洞室群渗流场及渗控措施效果数值分析

采用三维渗流场有限元方法,模拟地下厂房洞室群稳定渗流场。建立三维渗流场有限元分析模型,精确模拟排水孔的位置。通过多工况的计算,详细分析地下厂房洞室群渗流特性以及其中帷幕及排水幕的渗流控制效果,同时探讨坝基及消力戽排水孔间距对渗流场的影响。计算结果表明：地下厂房洞室群天然水位较高,渗流控制措施对厂房洞室群渗流场可起到很好的控制作用,排水孔的排水减压作用明显,防渗帷幕能够有效降低扬压力以及水力坡降的分布,有利于围岩稳定。另外,坝基及消力戽排水孔间距对渗流场影响并不明显。     

白莲河地下厂房F8断层洞室段支护技术

介绍白莲河地下主厂房出露的F8断层,斜切洞室顶拱、上游边墙及岩壁吊车梁岩台,对围岩稳定产生的不利影响。采用分段开挖支护、长锚杆及锚索加固、固结灌装、格构梁喷护、排水等工程措施进行综合处理,并审慎监测,以确保洞室围岩稳定。     

基于渗流应力耦合的导流洞封堵期 结构安全分析

通过建立复杂三维渗流场模型,对导流洞整体三维渗流场特性进行分析;同时基于渗流—应力耦合模型,应用空气单元模拟导流洞渗流场分析中的排水孔效应,采用三维弹塑性非线性有限元法对导流隧洞开挖、支护、下闸蓄水及封堵期的围岩稳定及结构安全性进行了全面仿真计算分析。结果表明,采用空气单元可以有效模拟排水孔的排水效果;在顶拱围岩设置排水孔可有效降低洞周围岩的外水压力水头,改善支护结构的受力状况。     

复杂地质条件下地下厂房与主变洞顶拱层开挖施工方案模拟选择

溧阳抽水蓄能电站地下厂房工程地质条件复杂,地层内断层十分发育,共揭露大小断层111条,特别是F_(54)断层对地下厂房顶拱与边墙影响较大。采用三维有限元模型对主厂房及主变洞顶拱层开挖施工程序和围岩变形进行比较分析,同时考虑施工工期及其他因素,确定主厂房和主变洞顶拱层采用错距开挖的施工方案。这样既满足了施工期洞室稳定及围岩变形要求,也满足了施工工期要求,并且降低了施工成本。     

地震荷载作用下的地下洞室渗流场动态响应分析

在岩体地下洞室工程中,地震作用对洞室稳定的影响一直是工程界普遍关注的问题,但却忽略了地震作用对地下洞室渗流场的影响。以泰山抽水蓄能电站典型洞段地下厂房为研究背景,在洞室开挖稳定后,进一步考虑地震荷载对地下水渗流场的影响,探究渗流场在非线性动力荷载作用下的演变规律,为洞室的正常运行和实际工程维护决策提供理论依据。     

地下厂房渗流控制措施效果分析

在现代水电站建设中,地下厂房洞室群规模日趋宏大,由于地下厂房多位于降雨形成的天然水位线以下,渗漏成为主要问题。针对某工程复杂的地质条件和防渗措施,建立厂房区三维整体模型,采用三维有限元法对稳定渗流场进行计算。通过多工况的计算,详细分析地下厂房洞室群渗流特性以及其中帷幕及排水幕的渗流控制效果。计算结果表明,地下厂房洞室群天然水位较高,渗流控制措施对厂房洞室群渗流场可以取到很好的控制作用,排水孔的排水减压作用明显,防渗帷幕能够有效降低扬压力以及水力坡降的分布,有利于围岩稳定。     

考虑复杂断层及岩脉的地下硐室群开挖步序优化研究

以某拟建抽水蓄能电站地下厂房硐室群为例,考虑复杂断层及岩脉,采用三维数值方法对不同开挖步序下厂房围岩变形及应力力学响应展开研究,并比选最优方案。研究结果表明:厂房硐室在四种开挖步序工况下,围岩位移场相差不大,硐室围岩的水平位移极大值出现在边墙中部,铅直方向的沉降极大值出现在硐室围岩拱顶,卸荷回弹位移极大值出现在洞室底板中部;主厂房上游边墙局部部位出现拉应力区,方案2引起的拉应力区范围最小,方案3最大;七步开挖方案条件下的塑性区体积均小于六步开挖方案的结果,表明主厂房采用七步开挖方法有助于减少洞室围岩的塑性区分布;在考虑复杂断层及岩脉的情况下,4种施工步序方案均为可行方案,方案2为最优方案。研究成果可为抽水蓄能电站地下厂房硐室群开挖施工提供指导。     

黄金坪水电站左岸地下厂房渗控排水设计

渗流控制是地下厂房设计的重要内容,黄金坪水电站地下厂房运行期渗流主要考虑调压室及压力管道内水外渗以及地下水的影响。结合水文地质条件和地下厂房洞室布置,进行了地下厂房渗控排水设计,运用三维有限元对渗流场和渗流量进行了分析计算。成果分析表明:通过布设排水廊道和排水孔,地下厂房洞室群的浸润线明显下降,三大洞室顶拱及大部分边墙位于浸润线以上有利于洞室稳定;厂区洞室在未设防渗帷幕的情况下总渗流量满足设计要求。     

复杂地质条件下洞室围岩初始地应力场研究

初始地应力场的确定是地下洞室稳定性评价的基础。在对现场实测地应力资料分析的基础上,研究了断层等地质构造对初始地应力场分布的影响机理,指出岩体变形模量比是影响应力的关键因素之一。研究了能反映断层引起应力释放效应的初始地应力场反演分析的变刚度方法。考虑与不考虑断层影响情况下的某工程初始地应力场的计算结果和实测结果对比表明,考虑断层影响的结果与实测结果更接近,从而证明了断层应力释放效应作用及基于岩体变刚度的初始地应力反分析方法的合理性。     

百色水电站地下厂房洞室群围岩渗流场分析

运用渗流场有限单元法求解的固定网格的结点虚流量法和排水孔排水子结构技术,并定义了溢流型排水孔、逸流型排水孔和排水孔开关器,在水力等效多孔隙介质渗流模型假定的基础上,能对工程复杂渗流场问题进行精细的求解。对广西百色水电站地下厂房洞室群围岩区的渗流场进行了多工况的三维计算,论证和分析了各洞室围岩区的渗流场特性,渗流场水头和引水隧洞衬砌外水压力分布的规律,以及防渗与排水设施渗控方案的合理性和还存在的缺点,并提出相应的改进意见。     

拉哇水电站地下厂房围岩稳定分析

大型地下洞室群结构及地质条件复杂,其围岩稳定性受施工方法、支护方式及围岩自身等多方面因素影响。以拉哇水电站地下厂房为研究对象,采用三维非线性有限元法进行数值模拟分析,研究其在开挖过程中围岩位移、应力及塑性区的变形规律,分析其围岩稳定性能,为工程开挖及支护提供科学依据。结果表明:拉哇水电站围岩变形最大位移达74. 44 mm,拉、压应力最大值分别达1. 06 MPa和23. 14 MPa,主厂房顶拱、边墙及洞室交叉部位区域稳定性较低,在实际施工中,应加强监控并适当调整支护方案。     

断层对硬梁包水电站主厂房围岩稳定性的影响分析

断层等结构面对地下洞室的稳定性起着控制性作用,研究断层作用下的地下洞室的稳定性对工程的施工安全及支护设计具有重要意义。以硬梁包水电站为例,分析主厂房区域的断层F5对其围岩稳定性的影响,采用Flac3D数值模拟软件,引入考虑开挖卸荷开裂后力学参数等效降低的岩体劣化本构模型,对主厂房全部开挖后,不同断面的岩体劣化特征、卸荷变形量、重分布应力特征进行对比分析。结果表明:厂房洞室开挖完成后,F5断层使围岩变形增大了15%～20%,使局部变形最大可达到100 mm左右,断层影响区域岩体松弛程度相比于无断层区域明显增大。     

地下厂房洞室群渗流场数值分析

采用三维渗流场有限元方法,模拟地下厂房渗流场。建立渗流场有限元分析模型,并且精确模拟排水孔的位置。通过三种工况的计算,详细地分析地下厂房渗流特性以及排水幕及帷幕的渗流控制效果。结果表明:地下厂房洞室群的天然水位相对较高,渗流控制措施可以很好的控制地下厂房洞室群的渗流场分布,排水孔的减压排水效果明显,防渗帷幕可以有效地降低水力坡降以及扬压力的分布,有利于围岩稳定。     

考虑地下水渗流影响的衬砌隧洞弹塑性分析

考虑地下水渗流场的作用,将含水围岩作为两相介质体,视外水压力为渗透水作用在围岩和衬砌应力场中的体积力,分别考虑围岩与衬砌的渗透系数,并基于岩体应变非线性软化特征,对衬砌隧洞进行弹塑性分析,得到了渗流场作用下围岩与衬砌的应力和位移解析计算式,并得到围岩开始产生屈服的极限应力。计算表明,当考虑渗透水压力作用时,围岩径向应力和切向应力都增大,并使围岩塑性区扩展;当隧洞围岩、衬砌材料的渗透系数差异显著时,不能简化为等渗透系数处理。     

输水隧洞穿越典型断面围岩结构安全分析

复杂地质条件是影响TBM输水隧洞结构安全的重要因素，以某引水工程中输水隧洞为研究对象，理论推导了渗流—应力全耦合作用的数学模型，针对TBM输水隧洞穿越断层和最大埋深段，建立三维有限元模型，计算分析围岩初始地应力场、渗流场，以及不同工况下围岩位移、塑性区和应力的分布规律，研究结果表明：初始地应力和孔隙水压力随着埋深的增加而增大，最大埋深处和断层处初始地应力分别达到1.342MPa、0.680MPa,孔隙水压力分别达到0.260MPa、0.200MPa;开挖过程中，断层和最大埋深段隧洞拱顶沉降量基本接近，相对差值仅为0.11%,而拱底抬升量差值较大，达到31.28%;断层处围岩塑性区主要出现在隧洞两侧，最大深度为2.920 m,最大埋深处围岩塑性区主要出现在隧洞拱顶，最大深度为8.627 mm;围岩最大压应力在断层和最大埋深段分别为7.987MPa、6.510MPa;内水压力作用，围岩位移和最大压应力相对于开挖阶段均有一定程度的降低。