各向异性岩体内地下洞室广义平面问题的边界元分析

本文用边界地法分析地下洞室的各向异性问题，推出了广义平面应变下边界积分的基本解，借助于节理及层状岩体的等效模量计算公式，将层状节理岩全内地下洞室问题转化主均匀各向异性问题求解，讨论了各向异性对地下洞室围岩应力及洞边位移的影响，并利用所编程对自贡市十字口隧道进行了计算分析，显然，本文提出了解法可以推广应用于分块均质的各向异性问题，以模拟洞周邻近的围岩特性和开挖的影响。     

地震荷载作用下地下岩体洞室位移特征的影响因素分析

用FLAC3D初步分析了地震荷载作用下埋深、洞室形状、地应力特征对地下岩体洞室位移特征的影响。分析结果表明:地震荷载作用下,地下洞室位移响应随埋深的增加而减小,当地应力侧压系数λ≥1(特别是λ>2时),洞室位移响应存在临界埋深(200～300m),并随地应力侧压系数的增加而减小。洞室断面形状对洞室位移响应有一定影响,圆形断面洞室拱顶和拱底位移较矩形和马蹄形小。分析结果还表明,随地应力侧压系数的增加洞室位移明显减小,幅度随埋深的增加有减小趋势,地应力侧压系数λ<1时的洞室位移量值及随侧压系数的变化幅度明显大于地应力侧压系数λ>1时的情况。本文的工作可为工程设计提供一些概念性指导。     

各向异性岩体内地下洞室广义平面问题的边界元分析

本文用边界元法分析了地下洞室的各向异性问题，推出了广义平面应变下边界积分的基本解。借助于节理及层状岩体的等效模量计算公式，将层状节理岩体内地下洞室问题转化为均匀各向异性问题求解，讨论了各向异性对地下洞室围岩应力及洞边位移的影响，并利用所编程序对自贡市十字口隧道进行了计算分析。显然，本文提出的解法可以推广应用于分嵖榫实母飨蛞煨晕侍猓阅Ｄ舛粗芰诮奈а姨匦院涂诘挠跋臁     

节理岩体圆形洞室岩爆过程的离散元分析与模拟

采用刚体离散单元法对节理岩体圆形洞室的岩爆过程进行了数值分析与模拟,并与有限元的数值分析结果,岩爆现场实测结果结果进行比较,相当一致。说明采用离散单元法对节理岩体洞室岩爆过程进行数值分析和数值模拟是可行的。     

节理岩体地下洞室稳定性的静动力响应分析

节理岩体地下洞室在地震作用下的安全响应是众多专家学者关注的问题之一,本文针对该问题采用三维离散元法研究节理地下洞室的稳定性,建立了一个含节理组的地下洞室模型进行分析研究。分别对洞室开挖后在常规荷载作用下的响应、洞室开挖后在地震荷载作用下的响应以及开挖支护后在地震荷载作用下的响应等三种工况进行模拟,得出了洞室在三种工况下的应力和位移变化情况。研究表明:地震对洞室的破坏非常大且时间短暂,支护后的洞室围岩能够使破坏时间延迟,在一定时间内增强了洞室围岩的抗震能力。本文的工作不仅对含节理的地下洞室开挖后的围岩变形和支护提供借鉴,而且对地下洞室和隧道的抗震设计具有指导意义。     

层状岩体强度异向性地下洞室的有限元分析

对于层状岩体,在有限元方法中有将其当成横观各向同性的连续介质进行计算,因为层状岩体在平行与垂直层面的方向上具有不同的强度特性,故进行非线性人地岩体强度的异向性必须考虑,根据作者研制了一个可以处理层状岩体强度异向性的弹塑性及无拉分析平面有限元程序,并举例进行了计算和结果分析,得出了相应的认识。     

基于三维地质模型的地下洞室曲面块体分析

 利用水电工程中地质确定型数据和统计型数据,耦合随机结构面网络模拟技术和基于NURBS-BRep 混合数据结构的地质构造建模技术,对不同类别的地质对象进行相应的拟合和构建,建立岩体结构三维精细模型。在此基础上,提出曲面块体的概念和数学定义,综合考虑随机裂隙面和空间断层、洞室开挖面等确定性地质结构面来进行曲面块体识别与分析,并提出曲面块体的封闭性、完备性、唯一性三大识别定理。结合水电工程实例,以地下洞室区域为研究对象,依据曲面块体识别定理及其相关技术快速识别分析出区域内曲面块体,为进一步分析块体稳定和围岩加固提供有效的地质和几何信息。     

地震荷载作用下大型地下洞室群的动态响应模拟

利用FLAC3D软件模拟了地震荷载作用下某地下洞室群围岩的动态响应。对2种工况的地震荷载作用进行了动力计算。采用新的劈裂破坏判据对震后可能出现的劈裂损伤区范围进行了预测。详细分析了围岩内应力场、位移场分布以及能量变化的情况,并与震前进行对比。分析结果表明:FLAC3D软件用于地震荷载作用下地下洞室群动态响应的数值模拟是可行的,工程上应慎重考虑地震荷载的影响。     

地下洞室模型试验研究

介绍了地下洞室模型试验研究的目的、内容、原理和方法,结合具体工程的模型试验结果,说明模型试验在复杂地质条件下,地下洞室围岩应力和位移分布以及破坏形态和机理分析中的应用。指出模型试验仍然是复杂地质条件下大型地下洞室围岩稳定性分析的重要手段之一,其与数值计算不可相互替代;而二者的相互结合和补充,则是地下洞室围岩稳定性研究的重要发展方向。     

基于拟静力法的地下洞室群地震响应分析

以白鹤滩水电站地下厂房洞室群为研究背景,通过有限元程序Phase²建立13号机组剖面数值分析模型,基于弹塑性本构关系,采用拟静力法研究了在不同地震加速度作用下洞室群的变形及应力变化特征。结果表明:在不同地震输入方向下,洞周各关键点的位移、应力及洞室边墙相对位移变化不同,在-0.34 g的地震加速度作用下,尾调室顶拱的位移及上下游边墙的相对位移分别达到34.5 cm、12.2 cm,在0.34 g的地震加速度作用下,尾调室顶拱出现了较大的应力集中,其中最大主应力增加了12.8 MPa,会对尾调室的稳定性产生不利影响。     

浅埋地下结构底板在竖向地震作用下动力响应

本文研究了地下结构底板在地震竖向分量作用下的动力响应。利用结构动力学和弹性力学的理论,得到底板的运动微分方程,根据边界条件确定底板在的特征频率和振型。针对输入的地震竖向分量的形式,采用分离变量法求解了强迫振动方程.计算时取前三阶振型,采用振型叠加法得到底板的相对位移和绝对位移,并进而求得底板的弯矩,利用求得的弯矩,可以求解底板的受力情况。通过底板的受力情况,可以直观地对地下结构底板进行评价分析,并且推进了地下结构底板抗震理论的研究和发展。     

大跨度地下洞库爆炸荷载下破坏形态试验研究

为分析不同药量的钻地武器爆炸对大跨度地下洞库产生的破坏效应,采用模型试验的方法对大跨度地下洞库的抗爆性能进行了分析研究,获得了不同爆炸荷载作用下洞库周边及衬砌的压力、加速度和位移的分布规律,并对比分析了围岩及洞室的整体破坏情况。试验结果表明:随着爆炸药量的增加,测点压力、加速度和位移的峰值基本均呈增大趋势,且相同测点位移峰值增大最明显;当爆炸药量增大时,先在洞室拱顶出现影响结构安全的纵向裂缝,且随着爆炸药量的继续增加,地下洞室裂缝的部位和数量逐渐增多、宽度逐渐加大,洞室衬砌甚至出现掉落现象;洞室拱顶围岩自两侧拱脚至爆心均出现了“八”字形的裂缝,且随着爆炸药量的增加,裂缝的宽度逐渐加大,甚至出现了拱顶围岩整体塌落的现象。其论文研究成果可为大跨度地下防护工程的抗力评估提供参考。     

大型地下厂房洞室群施工期围岩变形分析

瀑布沟水电站地下厂房洞室群规模大,地质条件复杂,水平构造应力高,施工期围岩的变形及稳定问题突出。结合弹塑性有限元方法和围岩变形监测资料综合分析了地下厂房洞室群施工期围岩的变形特征及稳定性。结果表明:主厂房围岩变形最大,尾水闸门室变形次之,主变室变形最小,厂房上下游边墙位移随着厂房下挖逐级增大,在厂房中部下游边墙岩锚梁高程部位处实测最大位移为107 mm;厂房边墙位移在墙顶和墙底较小,墙中部较大,上游边墙位移总体大于下游边墙;厂房拱顶径向位移总体上很小,上、下游边墙在两端的副厂房和安装间变形较小,中部变形较大;数值计算结果和变形监测资料有较好的一致性,围岩变形受施工程序和地质条件的影响较大。     

大型地下洞室群稳定性地质力学模型试验研究

某地下厂房洞室群规模巨大,地质条件复杂,为了研究地下洞室群开挖施工过程中的应力及稳定情况,采用平面地质力学模型试验,模拟厂区实际地质条件和洞体结构,施加初始地应力荷载,分别对毛洞情况和支护情况按推荐开挖顺序进行试验研究。试验结果表明,毛洞情况开挖过程中洞周位移未发生突变,开挖完毕后,洞周围岩位移均指向洞内,位移量值不大,洞周围岩未出现切向拉应力,围岩具有一定的超载安全储备。锚固支护后,洞周位移减小,洞周围岩应力分布趋于均匀,应力状态得到改善,超载安全系数得到提高,锚固支护效果明显,除了洞室交叉口和洞室拱座处局部发生应力集中外,整个洞室群开挖后围岩应力分布规律正常,应力状态良好,说明施工开挖方式和锚固支护参数是合理的。模型试验和三维非线性有限元计算结果相比较,位移变化规律、破坏形态规律基本一致,从而达到了相互验证的目的。     

侧爆作用下硐室锚杆受力动态响应数值分析

利用数值分析软件LS-DYNA3D, 研究了在侧爆应力波的作用下硐室锚杆支护受力动态响应。数值分析结果表明:通过对比相同比例距离的试验和数值模拟压应力时程曲线,说明数值模拟结果可信;基于不同位置锚杆中间单元轴向应力时程曲线分析,发现迎爆侧受到应力波的作用明显大于背爆侧;迎爆侧侧墙锚杆既受压又受拉,并且锚杆8受压最大;受拉较强部位主要集中在迎爆侧,锚杆7拉应力峰值最大;从锚头到锚端锚杆拉应力峰值和压应力峰值都是先增加再减小,最大压应力峰值偏向锚端,而最大受拉位置与应力波的幅值和波长有关。     

地下洞室位移量测的优化布置

以常见的圆形和直墙拱形洞室为对象 ,借边界元方法模拟计算得出不同条件下地下洞室围岩中位移的分布规律和泊松系数、杨氏模量、初始地应力分布、洞形和尺寸等因素的影响。根据使各测线位移量测相对误差为最小的原则 ,对位移量测仪表布置的优化方案提出了建议并与传统方法作了比较     

大跨度高边墙地下洞室围岩压力研究

作用于地下洞室衬砌结构上的围岩压力的计算方法有多种,采用多种围岩压力计算方法计算某大跨度、高边墙地下洞室的围岩压力并结合施工监控量测进行对比分析,以提出针对硬岩地层中开挖的大跨度、高边墙深埋洞室围岩压力计算的合理方法。     

基于安全系数的大型地下洞室衬砌优化研究

介绍了一种基于安全系数的大型地下洞室衬砌优化方法,应用于糯扎渡水电站调压井大型洞室的衬砌优化研究。首先,建立围岩和衬砌的三维有限元模型,施加初始地应力场,进行结构线弹性计算并配筋,其次,进行衬砌三维弹塑性计算,由围岩点安全系数比较分析,优化得到最佳衬砌方案,最后,对最佳衬砌方案合理性进行了验证分析。研究表明,当衬砌高程施作至625.5m时,围岩和衬砌稳定性较好,且围岩个别点安全裕度较小,因此衬砌方案Ⅳ为优化得到最佳衬砌方案;通过衬砌和围岩的稳定性分析验证了优化方法的合理性,可为其它类似工程衬砌优化研究提供借鉴。