高地应力硬岩大型洞室群围岩变形破坏与岩石强度应力比关系研究

岩石强度应力比是表征围岩稳定性的重要指标之一。研究围岩变形破坏与强度应力比的关系,揭示二者间的规律性联系,对高地应力硬岩大型地下洞室群围岩稳定性控制具有重要意义。以具典型高地应力特点的锦屏一级水电站和猴子岩水电站2个硬岩大型洞室群为研究对象,首先系统梳理了2个工程的围岩岩性、岩石强度和初始地应力等工程地质条件,并详细统计了洞室群施工期围岩破坏类型和数量;通过对地下洞室群围岩的岩石强度应力比进行分区,并结合围岩140多个破坏现象和发生部位,建立了高地应力硬岩大型洞室群围岩变形破坏与岩石强度应力比之间的联系;采用不同的初始地应力分级标准,并结合洞室群围岩破坏特征,验证了基于强度应力比修正的地应力分级标准对高地应力硬岩洞室群的适用性,揭示了围岩应力诱导型破坏随岩石强度应力比的变化规律。研究成果有助于今后高地应力条件下硬岩大型地下洞室群施工期围岩破坏类型预测,并为提出具有针对性的施工期围岩稳定控制措施提供参考。     

高地应力洞室围岩变形破坏规律研究

锦屏一级水电站右岸地下厂房地质条件复杂,地应力高,对围岩稳定造成较大不利影响。统计分析了厂区地下洞室群施工期的围岩变形破坏现象,归纳出高地应力条件下地应力方向、洞室轴线方向对围岩变形破坏的影响规律。研究表明,高应力条件下洞室群围岩破坏程度除了受最大主应力控制,还与洞室规模密切相关;而且高地应力引起的围岩破坏在时间上有滞后性,需研究实施支护的合适时机。上述结论为地下洞室后续合理施工及支护提供了理论依据,也可为高地应力区洞室轴线布置和围岩变形破坏预防提供参考。     

高第二主应力条件下大跨度洞室围岩变形破坏特征分析及支护措施

猴子岩地下厂房区域地质构造复杂,洞室群埋深大,位于以水平构造应力为主的高—极高地应力区。与一般高地应力情况不同的是,猴子岩厂区第一、第二主应力均较高,分别达到36.43 MPa和29.82 MPa,使得高地应力对洞室高边墙的不利影响不能通过调整厂房轴线来规避,这为洞室施工和支护设计带来较大挑战。从工程施工过程中出现的变形破坏现象以及位移、支护应力监测资料、声波检测资料入手,归纳高第二主应力下大跨度地下洞室群的变形破坏特征为:1岩爆现象普遍;2围岩变形量及破坏深度大;3锚固支护结构负荷水平高。对围岩变形破坏机理作初步探讨,并根据支护效果总结了高第二主应力下支护设计和支护措施的经验,可为高第二主应力条件下大跨度洞室围岩的稳定分析提供参考。     

两河口地下厂房洞室群围岩稳定性三维有限元分析

在岩体结构模型概化的基础上,采用三维有限元方法,系统地研究了两河口地下厂房围岩变形特征、围岩应力状态以及破坏区分布及塑性体积变化特点.重点计算、比较了支护前后及考虑渗透情况下地下洞室群围岩应力、变形和破坏区分布及塑性体积特征和变化规律,为洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了参考依据.     

地下厂房洞室群开挖过程中的工程地质问题

猴子岩地下厂房洞室群位于高地应力区,围岩强度相对较低。在地下洞室群开挖过程中,出现喷层开裂与围岩表层剥落、掉块、坍塌等现象。现场勘测表明,围岩变形、锚杆锚索应力、围岩松弛深度及范围均较大。根据地下洞室群工程地质条件,对围岩进行了分类,分析了围岩变形产生的原因。据此有针对性地实施了局部加强支护,包括适度加密系统锚杆和锚索、降低锚索锁定吨位、对主厂房Ⅳ类围岩采用较高密度的锚杆以及锚索、灌浆和钢筋混凝土修补等处理措施,以提高岩体抗破坏能力,保障围岩稳定。     

陡倾结构面影响下巨型地下洞室穹顶开挖围岩稳定性分析

白鹤滩水电站地下洞室群规模宏大且围岩地质条件复杂,左岸尾调室洞径达48 m,埋深330 m,受中高地应力、陡倾裂隙、断层等影响,大型穹顶开挖面临着局部高应力区围岩脆性破坏和结构面控制下围岩松弛区变形稳定问题。采用3DEC数值分析软件对多组结构面控制下左岸尾调室开挖过程中围岩变形特征及应力集中程度进行数值模拟,采用三维空间等值面技术分别比较了开挖过程中围岩变形分布特征和应力集中分布特征。研究表明,受大主应力及结构面组合影响,围岩高应力破坏风险不高;但陡倾结构面的存在对穹顶围岩变形有较大影响,围岩变形最大的区域发生在穹顶NW向侧翼区域;陡倾结构面交叉切割使得穹顶局部部位浅层岩体松弛更加突出,易发生松弛坍塌破坏。研究工作的成果可为类似深埋地下工程施工及支护方案的确定提供参考。     

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。     

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。     

澜沧江某地下洞室高地应力特征及围岩稳定预测研究

近年来，西南地区建成了白鹤滩、溪洛渡、锦屏一级、官地等大型水电工程，在地下工程施工中大多遇到了高地应力问题，围岩产生了片帮、剥落，甚至是岩爆等。拟建工程位于青藏高原核心部位，大量的勘察资料显示，工程区存在高地应力，在对勘探工程揭示的高地应力现象及地应力测试成果分析基础上，结合工程类比预测了地下洞室围岩破坏的主要形式为片帮、剥落掉块、弯折内鼓，大规模岩爆的可能性小。并结合数值计算分析了围岩应力调整特征及变形，认为高边墙的潜在变形是施工期重点关注的工程问题。     

乌干达Karuma水电站地下厂房洞室群围岩稳定分析

基于乌干达Karuma水电站地下洞室的地质勘查及设计资料,利用FLAC3D数值分析软件对地下厂房洞室群进行开挖模拟,力求掌握洞室群开挖过程中围岩的变形规律、应力分布特征、塑性区分布围岩失稳破坏模式等围岩力学行为,为地下厂房的开挖支护设计提供技术支持。     

中东某抽蓄地下厂房洞室群地震动力响应分析

针对中东某抽水蓄能电站地下厂房抗震稳定性问题,以掌握地下厂房洞室群围岩地震动力响应为目标,采用动力时程分析方法,依据当地及欧洲标准,对该地下厂房洞室群地震响应进行三维非线性数值模拟,分析了洞室围岩加速度、位移、塑性区、应力分布特征及支护受力特征。结果表明:在地下厂房洞室群围岩开挖面上,围岩的加速度会表现出明显的放大效应,且结构面上会加剧加速度响应;位移时程响应与输入地震荷载位移时程曲线形态一致,但在幅值和相位上有一定差异;围岩相对变形、残余变形较大的部位与加速度放大系数较大的部位一致,围岩塑性区和应力松弛区增加较为明显的部位与加速度放大系数较大、相对变形和残余变形较大的部位基本一致;在地震作用下,围岩支护结构受力增长较小,锚杆受力超过300 MPa的百分比与围岩变形、塑性区的发展规律一致。研究成果对地下工程围岩抗震稳定性分析和抗震设计具有参考价值。     

高地应力地区地下洞室施工的几个问题探讨

通过锦屏电站工程实践中出现的高地应力问题,过对地应力级别的判别与影响因素分析,岩爆预测方法与防治控制措施,洞室各种硬度岩体的大变形问题的弹塑原理与控制机理等使用一些基本理论来进行分析,高地应力条件下各种大变形问题的弹塑性理论原理和蠕变破坏理论的分析,探讨工程措施的基本原理与基本处理方法,并总结了几种关键的处理方法,对高地应力区域工程设计与施工提供参考。     

索风营水电站右岸地下厂房洞室群围岩稳定数值模拟

为判断索风营水电站右岸地下厂房洞室群围岩稳定性,采用自主研制的三维弹塑性有限元程序对该地下厂房洞室群岩体初始应力场、开挖方案、开挖过程、加固措施、围岩应力及变形等方面进行了数值模拟.数值模拟结果表明,该地下厂房洞室群围岩稳定性整体较好,可为工程设计与施工提供指导.     

溪洛渡电站左岸地下厂房洞室群围岩稳定性研究

利用预布大规模随机裂隙生成网格技术,采用非线性弹塑性有限元法,对溪洛渡左岸地下厂房洞室群加固前后进行了模拟,获得了洞周围压变形特征、应力分布状态,给出了洞周不稳定块体的部位及破坏形式及支护结构中的内力变化情况,通过对比、分析,得出一些结论,为溪洛渡左岸地下厂房洞室群的支护设计提供了科学依据和技术指导。     

水电站洞群模型试验中位移量测方法的应用研究

岩土工程物理模型试验是一种重要的工程稳定研究的模拟方法，与数值分析方法相比，除了能较好地模拟施工过程和对洞群稳定性的影响之外，更重要的是能够模拟出围岩破裂的形态和过程。但是许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果，其中包括试验过程中物理量的量测问题。本文以双江口水电站洞群大型三维模型试验为研究对象，为解决洞周围岩和边墙关键点微小位移的量测问题，在试验开挖过程中采用了数字照相变形量测技术和基于光纤布拉格光栅(FBG)的特殊棒式位移传感器，并研制了以高精度光栅尺为传感器的微型多点位移计监测做记录。经计算分析后，可获得洞室在加载与开挖过程中的洞室围岩和边墙关键点位移的变化过程与规律曲线。研究结果表明：多种量测方法在洞周围岩和边墙关键点位移量测方面的应用和研究取得了令人满意的效果。     

金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处理措施

岩爆是高地应力区地下洞室开挖过程中因岩体应力释放而导致岩块骤然以爆炸形式从洞室周边飞射出岩块的现象。岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡,已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。其为高地应力地区影响地下洞室施工安全顺利进行的关键因素。针对金平水电站地下洞室施工,探讨了岩爆的预防和处理措施。     

二滩水电站地下厂房的监测及反馈分析

二滩水电站地下厂房晚国目前已建成的最大的地下厂房，布置上采用三大平行洞室，且整个洞室群位地高地应力区，在设计和施工中对洞室夺的位移和应力进行了监测，并对监测成果进行了反馈分析，文章介绍了厂房地下洞室开挖过程中围变形特征，岩爆等现象，为高地应力区洞室开挖的监测和反馈分析的信息化设计提供参考。