东非某大型水电工程地下洞室群稳定性研究

以东非某大型水电站为研究对象,建立地下洞室群的三维数值模型,基于Hoek-Brown破坏准则确定岩体力学参数,采用等效方法模拟系统支护效果,模拟洞室群七层开挖及支护的全过程,分析、对比围岩的变形、二次应力及塑性区等力学响应和整体稳定性。计算表明,Hoek-Brown准则是实用及可靠的;开挖后洞室变形、应力松弛、塑性区深度等均不显著,洞室整体稳定性良好,局部交叉部位需加强支护;采取系统支护后,上述力学响应均明显减弱,表明了支护的有效性;分析结果为后续的设计及施工提供重要依据。     

地下厂房围岩松弛区的应变软化参数研究及应用

通过引入扰动评价因子,考虑地质强度指标GSI、岩体质量指数Q、岩体分类指标RMR等因素,改进了Hoek-Brown岩体强度准则估算岩体强度及变参数公式,以某抽水蓄能电站地下洞室工程为研究对象,综合分析了研究地下洞室区域的工程地质资料,基于洞室开挖先期纵波测试数据,计算得到应变软化模型松弛围岩的强度及变形参数,对比计算结果与现场实际监测资料,结果表明：考虑围岩松弛的应变软化模型计算结果与监测资料基本一致,结果可信,可对后续开挖支护及围岩稳定反馈分析提供参考。     

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。     

大型地下洞室塑性松动区围岩变形破坏特征及测试估算方法研究

塑性松动区的形成与扩展是地下工程围岩稳定的关注热点。结合弹塑性理论、工程物探和监测资料，探讨了大型地下洞室塑性区围岩的应力状态和变形破坏特征，并提出了基于多点位移计监测结果的塑性松动区估算方法。研究结果表明，多点位移计变形量沿孔深的分布主要累积于塑性区，可应用孔深-位移曲线估算围岩塑性松动区界限点的深度及位移量，估算结果与弹塑性理论计算结果基本一致，说明本研究具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

杨房沟水电站地下厂房顶层围岩松弛圈分析与预测

水电站地下厂房开挖过程中控制围岩松弛圈深度,保证围岩稳定,对工程安全有重大意义。我们利用多点位移计和声波法对杨房沟水电站地下洞室围岩松弛圈进行了测试,并根据实测成果对地下厂房洞室群围岩松弛损伤区进行了数值仿真分析,并基于校准后的模型对洞室顶拱和边墙围岩损伤破裂特征进行了分析预测。     

基于FLAC3D的层间错动带对大型地下洞室地震响应影响分析——以白鹤滩水电站为例

为揭示大型地下洞室群地震响应机制，以西南地区白鹤滩水电站大型地下厂房洞室群为研究对象，运用有限差分数值模拟软件FLAC3D,建立了13号机组剖面数值分析模型，基于弹塑性本构关系，采用动力时程分析方法，研究了地下厂房洞室群在有、无层间错动带条件下围岩地震响应的加速度、变形、应力、塑性区等特征。结果表明：(1)有层间错动带条件相比无层间错动带条件，洞室群围岩的响应加速度峰值和围岩变形值分别增加了2%～34%和18%～63%;(2)层间错动带对震后围岩应力状态有一定影响，与无层间错动带条件相比，有层间错动带条件下的围岩拉应力区范围明显增大；(3)在有层间错动条件下，由开挖和地震产生的塑性区面积分别为8 684 m²和975 m²,均大于无层间错动带条件的7 103 m²和888 m²。在地下洞室的抗震设计中，层间错动带对大型地下洞室地震响应的影响不可忽视。     

二滩水电站地下厂房系统围岩变形特征及原因浅析

对二滩水电站地下厂房围岩变形的历时特征，空间分布规律，围岩松动区和塑性区发展深度，岩熔对洞室变形的影响，支护结构的受力变化特征等内容做了较为详细的阐述，并简要介绍了引起围岩变形各种特征的原因。     

大型抽水蓄能电站地下厂房围岩变形时效特征和反馈分析

丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群的施工期围岩变形具有量值大、时效特征明显、不同深度围岩均可能发生变形的特点。为研究该地下厂房围岩变形时效特征,基于工程地质条件和监测数据,开展围岩变形机制研究。分析结果表明:地下厂房围岩变形的分布特征和时效特性,既与围岩在开挖卸荷后所出现的岩体质量下降、围岩强度减小、岩体蚀变现象有关,也与围岩内存在节理裂隙或断层等不连续地质结构在开挖卸荷作用下易发生张开或错动有关。采用由伯格斯流变模型与带拉伸截止限的摩尔-库伦塑性屈服准则组合而成的复合黏弹塑性模型,进行围岩流变力学参数反演,获得了与监测值吻合较好的围岩变形和变形时程曲线计算结果。根据洞室群围岩开挖支护稳定性分析结果,可知截至主厂房第V层开挖支护完毕,洞周围岩局部变形和塑性区深度均较大,且塑性区贯穿主厂房和主变室洞间岩柱,围岩稳定性总体较差。因此,主厂房在第V层开挖完毕后暂停继续下挖,专门进行洞室群的系统性加强支护是必要的。     

二滩地下厂房围岩的变形特征

对二滩水电站地下厂房围岩变形的历时特征、空间分布规律、围岩松动区和塑性区发展深度、岩爆对洞室变形的影响、支护结构的受力变化特征等作了较为详细的阐述，并简要地分析了引起围岩各种变形特征的原因。     

地应力对洞室轴线布置影响的二维数值分析

深埋洞室处于高地应力条件下,水平应力常大于垂直应力, 且水平方向应力也不均匀,洞室稳定性主要受初始应力场控制。采用可以施加轴向应力的二维非线性有限元方法,计算模拟并列双洞和单洞,研究自重应力场、最大主应力与洞线平行和垂直等三种应力场条件、两类岩石地下洞室轴线的选择对围岩变形及稳定的影响。结果显示,最大主应力与洞轴平行时,塑性区主要分布在边墙部位;最大主应力与洞轴垂直时,塑性区主要分布在洞室顶底部。《水工隧洞设计规范》中洞线宜与最大主应力方向一致的适用性是有条件的。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩松弛变形机理分析与治理

锦屏一级水电站地下厂房洞室群围岩变形较大,松弛圈深度偏大,且进一步向洞室深部发展,需进行有效控制。在对围岩松弛圈变形机理进行系统分析的基础上,结合有关支护的咨询意见,有针对性地提出加固处理措施,对保证洞室稳定和施工安全起到积极的作用,也为类似工程积累了一定经验。     

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。     

Hoek-Brown准则参数对边坡稳定性影响的敏感性分析

Hoek-Brown经验强度准则具有能够反应岩体的固有特点和非线性破坏特征,解释低应力、拉应力区及最小主应力对强度的影响等特点,已成为岩体工程中应用最广泛的准则之一。但是,在确定Hoek-Brown准则参数时主观因素影响较大。分析了Hoek-Brown准则中完整岩石经验常数mi、完整岩体单轴抗压强度σci、地质强度指标GSI、岩体弱化因子D等参数对内摩擦角φ、粘聚力c以及边坡安全系数F影响的敏感性,以期对Hoek-Brown准则参数取值提供帮助。     

基于三参数强度准则的煤矿立井井壁 流固耦合理论分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用三参数强度准则和弹塑性力学理论,推导出了立井混凝土井壁弹性区和塑性区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压力P₀与塑性区半径r_p之间的解析表达式。计算结果表明当不考虑渗流作用时,井壁的极限承载力最大,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右;考虑渗流作用时,井壁所能承受的极限水压力P_c随混凝土孔隙率β增加而逐渐减小,当β=0.2时,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土单轴抗压强度的2.4倍左右,故渗流作用对井壁应力分布影响很大;随着地下水压力的增大,处于弹性区的井壁混凝土径向压应力σ_r和环向压应力σ_θ逐渐增加,而当地下水压力增加,达到塑性半径所对应的极限荷载后,该位置的井壁混凝土径向和环向应力则保持不变。该成果为立井井壁结构设计提供了一定的理论参考。     

彭水电站地下厂房开挖支护全过程的数值模拟

地下厂房洞室群的开挖,势必引起洞室群围岩位移场和应力场的调整,过大的变形和应力集中都会造成围岩的破坏,对洞室的稳定产生影响,因此围岩稳定分析一直都是地下工程领域中的研究重点和难点.基于彭水电站地下厂房的开挖,首先分析了开挖后围岩位移与变形规律,并与监测资料比较,计算结果与监测情况十分吻合;分析了不同开挖步下厂房周边的应力分布规律,研究围岩塑性区的空间分布特征;定量分析了开挖支护前后塑性区方量的变化,评价支护的有效性.     

水电站地下厂房洞室设计优化论证研究

以中国与尼泊尔交界处的拉苏瓦水电站为例,根据地下厂房区围岩特征、结构及三维地应力测试成果,提出深埋、大跨度地下洞室群设计优化方案,并结合我国围岩评价标准与国外通用的Q系统、RMR分类、Hoek-Brown强度准则等标准综合分析和计算比较,推荐了地下厂房围岩稳定性评价方法。推荐方法可最大限度地确保大型地下洞室群的围岩稳定和施工安全,实现工程建设目标。该洞室设计优化方法已在拉苏瓦水电站工程中成功应用,并通过了2015年4月25日尼泊尔8.1级强烈地震的考验。     

三维地质建模在亚碧罗水电站地下洞室群围岩稳定分析中的应用

针对大型地下洞室群围岩稳定分析问题,通过建立工程场区的三维地质模型,较好地模拟了工程场区的复杂地质条件,采用三维有限元分析软件FLAC3D,对亚碧罗水电站地下洞室群围岩稳定进行了三维计算分析,获得了洞周围岩变形与应力特征和塑性区分布,计算结果表明:洞室围岩总体稳定性较好。