江边水电站地下洞室群围岩稳定性数值分析

利用显式有限差分快速拉格朗日分析程序FLAC3D,在进行初始地应力反演的基础上,建立了四川江边水电站地下厂房洞室群的三维非线性地质力学模型。采用基于能量耗散原理的弾脆性本构模型,对设计开挖和支护方案进行了全过程模拟分析,得到了施工过程中洞室群围岩的位移、应力和塑性区分布特点,并与现场监测情况进行比对,根据分析结果提出了加强监测的位置、加强支护的部位,并建议主厂房下游边墙和主变洞上游边墙之间区域采用预应力锚索进行重点加强,最后对支护系统和建议的合理性进行评价,对地下洞室群的设计和施工起到了一定的指导作用。     

某地下厂房施工过程中突发性破坏的分析及对策

对某水电站地下厂房洞室群施工过程中的一次突发性塌方，作了简介和分析。采用节理裂隙岩体非线性有限元法对洞群施工过程进行了跟踪模拟仿真计算，并与现场监测资料对比进行反馈分析。同时对高地应力裂隙岩体中大型洞群各洞室间的相互关系、变形规律、破坏特征及原因，以及相应工程对策提出了新的见解和建议。     

深切河谷区水电站厂址初始应力场规律研究及对地下厂房布置的思考

针对深切河谷高地应力区水电站厂址区域初始地应力张量空间分布特征及其与洞室群布置相对关系识别问题,结合河谷历史发展过程分析、应力张量空间解析法和多核并行计算技术等,将复杂地质环境下三维地应力场模型与洞室群精细开挖计算模型相耦合,提出考虑河谷演化规律的厂址区域地应力场量化精细数值模型的建立方法和分析思路,识别锦屏一级水电站厂址区初始应力场分布规律并进行现场验证,结果表明：锦屏一级地下厂房洞室群位于深切河谷附近应力变化较大且应力水平相对较高的应力过渡区,由此形成初始高地应力环境,且主应力比为1.9～2.5,岩石强度应力比为1.5～3.0;在这种高地应力-低强度应力比且高主应力比共同作用下,地下厂房洞室群施工期围岩出现的变形破坏规律及卸荷松弛深度超过同等规模的地下厂房工程,而现场围岩应力诱导型变形破坏的发生位置和分布规律,则佐证了所获得的厂址初始应力场的合理性,同时也验证了地应力场量化模型建立方法的科学性和可行性。在此基础上,建立一种考虑三维地应力、岩石强度应力比和岩体结构特征的高地应力区地下厂房洞室群结构布置设计方法,其本质上体现洞室荷载特征(三维地应力,包括最大主应力量值和方位,而且还考虑地应力场分布、主应力比等)、围岩结构特征及承载能力(岩石强度)等因素的协同耦合作用,并从定性角度建议确定主洞室位置、纵轴线、间距和洞型等一些原则和思路。     

岩体赋存的地质力学环境对地下洞室稳定性影响研究

岩体赋存的地质力学环境直接影响地下洞室的稳定性,以西部地区某水电站地下厂房为背景,通过设计不同地质结构、岩体力学参数和初始应力场,采用弹塑性有限元数值计算开展了多种方案组合下的开挖模拟分析,探讨了不同的断层岩脉、岩体力学特性、初始应力场对地下洞室群开挖完成后的位移场、应力场和塑性区的影响,得到了一些有意义的规律和认识,可为地下洞室群的设计与施工提供参考和指导。     

江口水电站地下厂房围岩稳定性研究

重庆市芙蓉江江口水电站采用引水式地下厂房,是由许多建筑物组成复杂的地下空间结构,主厂房布置于左岸山体内,因此地下洞室稳定是整修工程建设的关键技术问题之一.电站地下洞室围岩以厚层灰岩、白云岩为主,夹少量页岩.洞室地应力以构造应力为主,其最大主应力方向与厂房轴线方向近垂直.根据地应力及山体地形地质条件,采用三维弹塑性有限元分析方法进行分析,拟合回归出计算模型所需的三维初始应力场,并模拟开挖及支护方案,计算得出洞室周边塑性变形区、应力分布及位移.并进行了稳定分析,采用支护措施后地下洞室塑性变形开裂范围和位移及洞周应力均有减少,使室洞围岩稳定是有保证的.     

FLAC^3D分析中的初始应力场生成及在大型地下洞室群计算中的应用

介绍了采用FLAC^3D拉格朗日元法分析程序，通过对其初始地应力场生成方法的改进，对拟建的世界规模最大的溪洛渡水电站地下厂房洞室群进行了围岩稳定性分析。包括工程简介、用应力边界法快速生成初始应力场、数值模型的建立、施工方案的模拟以及主要结果。该成果对设计方案起到有力的支持和验证作用。     

弹性介质岩体中非圆形洞室位移分析计算

围岩的应力场和位移场是地下工程设计首先必须解决的主要问题之一。一般通过现场试验来测定,不但费工费时,而且往往很难得到理想效果。七十年代以后,新奥法之所以先进,为许多国家所接受,在于利用现场监测进行反馈,指导设计施工;八十年代又在此基础提出了多种位移反分析的方法,用少数的实测数据分析洞室稳定,获得较为满意的结果。本文采用穆斯海里什维里弹性平面问题的复变函数解法的基本原理,对非圆形地下洞室位移反分析进行了探讨,从理论上推导了应力场和位移场的一系列公式,并利用数理统计方法进行分析计算,通过电子计算机进行试算法能很简捷地确定映射函数,最后提出实际应用的方法步骤。根据某一工程实例计算,说明用此法反馈计算的位移值与位移实测值最大相差11.67×10~(-3)厘米,仅占最大位移实测值7.69％,对工程具有一定的实用价值。     

利用神经网络的反馈分析方法及其在地下厂房中的应用

将反馈分析问题归结为约束最优化问题,采取最为直接的正演反分析的求解方案,即对结构进行正向数值分析以实现约束条件,利用人工神经网络进行参数反演以满足目标函数,从而建立基于神经网络的反馈分析方法,并给出详细实现步骤。该方法分析过程简单,通用性强。以溪洛渡水电站左岸地下厂房洞室群开挖过程的反馈分析为例,根据工程施工期位移监测资料,以三维连续介质快速Lagrange分析程序FLAC3D作为数值分析软件,建立神经网络数值反馈分析系统。围岩位移反馈分析成果与实测数据吻合,后期开挖的围岩变形、应力以及支护结构受力等的预测成果合理,这可作为溪洛渡厂房洞室群的围岩稳定性评价的可靠基础,也证明该方法是解决大型复杂工程监测反馈分析问题的有效途径,可能得到进一步的推广和应用。     

基于层状岩体卸荷演化的锦屏I级地下厂房洞室群稳定性与调控

 锦屏I级水电站地下厂房洞室群开挖支护设计与施工控制以及整体稳定性等问题十分突出,施工期已经明显呈现出高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏特征。根据锦屏I级地下厂房层状岩体力学特性,采用考虑卸荷演化的层状岩体本构模型及其数值模拟方法,反演获得初始地应力场以及层状岩体力学参数。在此基础上,对锦屏I级地下厂房洞室群进行三维数值模拟分析,获得一些对高应力下锦屏I级水电站大型地下洞室群施工期围岩稳定与支护安全等方面的认识,提出洞室群围岩应力释放调控、松弛区承载力调控以及变形开裂调控等适时工程调控措施与建议。研究结果表明,洞室群整体开挖完成后的现场监测结果和围岩稳定现状等证实了所提出的认识和调控措施的合理性,表明层状岩体本构模型及其数值模拟分析方法能够较好地反映高应力下层状岩体中大型地下洞室群施工期的工作性状。     

闹市区浅埋大跨度岩石地下洞室的开挖、支护及预测

本文就位于重庆市闹市区浅埋大跨度岩石地下洞室的开挖、支护及预测进行了数值分析，根据分析得出的位移场、应力场、塑性区提出了安全、经济的开挖支护方案，并对施工中的监测提出了指导性的意见。由施工监测反馈的阶段性信息表明，分析的结论基本上符合实际。     

三维初始地应力场反分析的变差函数法

 在大型地下洞室的建设中,高地应力已然成为洞室开挖后影响围岩稳定的关键因素。为保证围岩稳定和评价支护设计的效果,需要对初始地应力场进行反分析。通过对初始地应力场分布规律和计算方法的研究,认识到初始地应力场分布受空间位置和边界条件影响规律与变差函数的区域化变量理论高度契合,由此提出一种基于变差函数概率统计理论的初始地应力场反分析方法。该方法从空间距离和埋深2个基本因子出发,研究区域化变量的合理表达,并运用最小二乘法原理拟合出适合地下工程初始地应力场反分析的球状模型参数。运用球状模型函数对有限的实测点插值,获得工程设计所需的初始地应力场数据,并能反映地形地貌的影响。进一步采用增量变塑性刚度理论模拟地下厂房开挖过程,求得的围岩变形及塑性破坏区分布与监测规律相符。     

均匀设计原理在地下工程位移反分析中的应用

以小湾水电站为背景，在试验、监测、前期分析结果的基础上，建立地质与施工的概化模型。以围岩基本力学参数和初始应力场为基本变量，按均匀设计方法进行计算方案的组合，采用考虑开挖卸荷效应的三维弹塑性有限元方法完成了地下硐室群开挖模拟，并应用多元线性回归模型进行了围岩基本力学参数和初始应力场的反演分析。应用反演计算所得围岩基本力学参数和初始应力场计算各监测点的开挖扰动位移增量，相应的计算值与实测值较为吻合，表明反演得到的力学参数和地应力场基本合理，均匀设计原理在地下工程位移反分析中具有较高的实用价值。     

基于围岩松动圈的地下工程参数场位移反分析

 受爆破松动影响,地下洞室开挖后围岩强度会有所降低,根据松动损伤程度将其视为一个连续的三维“参数场”。由围岩松动圈的形成机制,分析地下洞室开挖后松动圈的计算方法,提出考虑松动圈的围岩参数场增量位移反分析法。针对岩土工程反分析计算量巨大的实际问题,对反演计算过程进行了基于MPI的主从式并行框架改进,运用计算机集群网络进行并行计算,减少了迭代计算次数和计算耗时,极大地提高了计算效率。通过对溪洛渡水电站右岸地下厂房的参数反演,得到了较好的反演效果,验证了此法的可行性和合理性。依据反演得到的参数场对现有支护设计及洞室围岩稳定状态进行评价,并对后续开挖进行预测,为工程设计施工提出合理建议,为地下工程参数反演提供了一种新方法和新思路。     

地下工程并行优化反演分析及算例验证

 通过重构非线性惯性权重函数和引入“加速因子”,对传统粒子群优化算法的收敛性进行改进。同时基于消息传递平台对算法进行主从式并行改进,编程实现基于普通计算机机群系统分布式存储并行模式的大型地下工程并行优化反演分析。算例分析表明,改进的粒子群优化算法其收敛性能得到显著改善,并行改进策略可显著加快反演速度和提高计算效率。探讨围岩松动损伤劣化、监测数据可靠性、并行粒度和负载均衡等并行优化反演分析中所面临的主要问题及其对计算精度和效率的影响,并提出有效解决方案,为大型地下工程的参数反演和动态优化设计提供一种新思路。     

样条函数插值在隧道施工监控 位移分析中的应用

利用隧道施工中少数几个控制点的实际位移量测值，通过样条函数插值，寻求一逼近函数来代替隧道洞室周边的实际变形函数，以逼近函数值代替在隧道周边的大量实测，从而解决隧道稳定性分析及地层参数反分析中需要较多的实测值问题。通过现行各类围岩铁路隧道支护结构的标准设计，对位移样条插值方法的精度进行了检验，表明完全可满足隧道施工及分析的需要。本文还提出了随机位移样条插值Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ随机模拟方法。     

龙滩水电站左岸地下厂房区三维地应力场反演分析

在龙滩地下厂房区工程地质和试验洞变形监测结果综合分析的基础上，建立地质概化和试验洞施工开挖模型；采用地应力场随埋深变化呈线性分布的假设，并根据地应力测试成果，确定地应力场的分布区间。在此基础上，采用均匀设计方法和三维显式有限差分法，通过模拟试验洞的开挖变形，对龙滩水电站厂房区岩体地应力场进行了三维变形反演分析。对比计算位移和监测位移，计算各方案的位移目标函数，获得了岩体地应力场沿深度的分布规律。比较监测与计算位移，两者在量值上相当，在变形趋势上也基本相同，而且实测与计算所得的地应力值较吻合，表明所获得的岩体地应力场是基本合理的，同时说明此反演方法简便、有效。     

琅琊山抽水蓄能电站地下厂房洞室支护研究

支护设计对大型地下厂房洞室的围岩稳定非常重要,如何使支护参数经济、合理和有效,是工程界一直研究的问题。介绍了琅琊山抽水蓄能电站地下厂房洞室支护方案的确定过程,并在其开挖过程中,进行了信息化支护设计的尝试,通过综合分析实际地质条件、监测资料、施工水平以及跟踪开挖的反分析计算成果,及时调整支护参数,科学地指导现场施工,消除安全隐患,为类似工程设计提供参考思路。     

瀑布沟工程地下厂房区地应力场的二次计算研究

首先，采用遗传算法与有限单元法相结合的联合反演方法，对瀑布沟工程地下厂房区地应力场进行大范围的反演分析；然后，考虑主要断层，基于复合单元法，采用位移边界条件，对地下厂房区地应力场进行二次计算，其计算范围与洞室开挖稳定性分析的范围一致。研究结果表明：考虑主要断层的二次计算，不仅可以得到主要断层准确的初始应力，而且可改善一次反演所得的初始地应力场，减小计算相对误差；同时，在计算水平提高的条件下，进行第一次大范围反演时，应尽量考虑主要断层等不连续结构面。     

岩土工程反分析的初步探讨

介绍了岩土工程反分析的定义、特点及本质，重点讨论了位移反分析的概念、分类、发展现状，指出了反分析存在的一些问题及未来的主要发展方向。     

隧道开挖引起地表下沉及其影响分析

针对地下隧道开挖引起的地表下沉问题,运用概率统计理论建立了数学模型,并根据BP神经网络理论,通过对BP神经网络算法的改进,采用反分析方法确定岩体移动变形参数。利用所建模型对隧道开挖引起的地表垂直移动(下沉)进行了具体的计算分析,将理论计算值与实测下沉值进行对比,二者十分吻合。对比结果表明,所给出的数学分析模型及参数确定方法符合工程实际,为解决地下隧道开挖引起地表下沉预计分析问题开辟了新的途径。