CCS水电站地下厂房施工过程中围岩稳定性分析

CCS水电站地下厂房由主厂房和主变室组成,为超大断面地下洞室,其开挖过程中围岩应力、变形等特征决定着地下厂房施工和运营过程中的安全性和可靠性。通过分析工程地质条件,选取#8机组剖面建立地质概化模型,采用有限元程序Phase 2建立数值分析模型,基于弹塑性本构关系对施工开挖和支护进行数值模拟,研究开挖过程中围岩变形场、应力场及塑性区的分布及变化特征。结果表明,洞室顶拱的变形和应力集中主要产生在当层开挖,后续开挖对其影响较小,围岩趋于稳定;主厂房、主变室洞周岩体均呈现出向岩体内延伸的塑性区,塑性区岩体的破坏以剪切破坏为主;锚杆和喷混凝土支护对围岩的变形影响较小,对围岩的应力集中、拉应力区和塑性区有一定程度的改善。该研究结论和方法为地下厂房的施工开挖和支护设计提供了参考。     

基于数值流形方法的地下厂房顶拱喷混凝土开裂成因机制分析

喷混凝土是地下洞室围岩的重要初期支护结构之一。针对丰宁抽水蓄能电站地下洞室的顶拱喷混凝土开裂问题,本文在围岩地质条件和监测数据分析的基础上,采用适于岩石不连续变形问题分析的数值流形方法,对喷混凝土的开裂成因机制进行了研究。首先,基于地质条件和监测数据分析,发现地下洞室顶拱喷混凝土开裂较严重的区域,主要集中在表层围岩变形较大区域,并从荷载效应和围岩变形特性角度,定性分析了喷混凝土开裂原因。其次,在数值流形法中引入节理单元的本构关系,实现了连续体的粘结-开裂过程的模拟。最后,将所提数值方法应用于顶拱喷混凝土开裂的定量分析。计算结果表明,围岩不连续变形将导致喷混凝土承担的弯曲荷载增大,并在荷载值达到喷混凝土的承载极限时发生开裂,进而揭示了岩体结构控制型地下洞室的顶拱喷混凝土层的开裂机理。     

高中间主应力下地下厂房高边墙围岩补强支护及效果评价

地应力高、岩石强度应力比低和中间主应力偏高是猴子岩水电站地下厂房的主要地质环境特征,且施工期高边墙围岩稳定性问题普遍、突出。结合开挖揭示的高地应力、围岩坚硬较完整和局部节理裂隙较发育等工程地质环境条件,在总结施工期围岩变形破坏特征和分析监测资料的基础上,研究了高中间主应力条件下地下厂房高边墙围岩补强支护措施,并对其效果进行评价。结果表明,补强支护处的边墙围岩变形速率减小,位移得到了收敛,说明支护合理、有效,为类似工程的围岩补强支护和安全控制提供了借鉴。     

有厚度节理单元的开发与应用

开发了一种三维非线性的有厚度节理单元软件进行有限元分析,同时引入了法向和切向的双曲线模型模拟接触面的压紧、滑移和张开.通过滑块模型验证了有厚度节理单元应力和变形的非线性,并在Hardfill坝混凝土面板分析中采用该单元模拟面板与Hardfill坝体材料间的接触面和面板结构缝模拟接触面的变形、周边缝和竖缝的张拉与剪切变形.计算结果合理,效果明显.     

裂隙岩质高边坡开挖加固施工稳定性有限元分析

以重庆市金佛山水利工程取水口裂隙岩质高边坡为例,从边坡形态规模、变形破坏机理及安全性的角度,结合开挖加固过程中的位移、潜在滑动面、剪应变等的变化,研究了裂隙岩质高边坡在分级开挖、边开挖边加固施工过程中的岩体变形及其稳定性。结果表明,边坡在分级开挖、加固施工过程中的整体安全性及边坡位移满足《水利水电工程边坡施工技术规范》要求;加固完成后边坡的可能破坏形式为深层滑动,滑弧上部为拉裂段、中部为直线段,坡脚为圆弧段;第一级开挖后边坡顶部位移发生突变,但在接下来的施工过程中变形逐渐趋于稳定;加固后边坡安全系数明显提高,边坡整体是稳定的。     

文登抽水蓄能电站地下厂房施工期围岩安全监测分析

依据文登抽水蓄能电站地下厂房施工期安全监测数据,对施工期围岩变形和支护受力进行了分析。监测成果表明,主厂房、主变室开挖围岩总体变形不大,最大变形量值为13.01mm,围岩变形-历时曲线整体上台阶状特征显著,不具有明显的时效性;支护体系受力也在正常范围内,表明地下厂房围岩是基本稳定的。结合厂区工程地质条件及物探成果,文登抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定主要受到石英二长岩岩性、长大裂隙、断层等地质结构控制,岩体变形受到应力卸荷松弛与局部岩体结构作用,变形较大区域多为受局部不良岩体结构和围岩开挖卸荷损伤作用所致。     

三峡水库水位升降对土质岸坡塌岸力学影响机制研究

三峡库区土质岸坡因水动力条件改变产生大量塌岸,而库水位升降是其重要破坏因子。对此,通过物理模型试验探究了土质岸坡在水位反复升降条件下的塌岸破坏特征、演化过程及力学机制。结果表明,在水位反复升降条件下,土质岸坡发生渐进式变形破坏。随着水位升降次数增加,其变形演化过程为微裂缝出现→微裂隙扩展→裂隙贯穿→滑面形成→部分滑移→裂隙再次出现并扩展→滑面再次形成→再次滑移,岸坡经过多次滑移后坡度趋缓并最终趋于稳定。水位升降造成塌岸的力学机制为浸泡软化、浮托力及渗流力三种力学效应共同作用,但在库水上升和下降的不同阶段三种力学效应对岸坡的作用效果却明显不同,因此岸坡变形破坏特征和程度也有很大差异。在三种力学效应共同作用下,随库水位反复升降岸坡变形破坏表现为表面拉裂及内部压剪破坏并逐渐积累扩展。     

基于滑动测微计的地下洞室围岩变形分析

以呼和浩特抽水蓄能电站为例,应用滑动测微计对施工期地下洞室围岩表面和深度变形进行监测。近20个月监测资料表明,监测期间地下洞室处于稳定状态,围岩表面变形较大值发生于地下洞室第五、六层开挖过程中。由于围岩深度变形主要由岩体结构面张开引起,配合多点位移计进行校核验证,则可判断围岩结构面张开位置。可见开挖过程的变形监测,可实时指导施工、优化设计、保证地下洞室开挖安全。     

基于半定位块体统计分析的地下洞室不稳定区域识别研究

针对节理组产状不确定性导致的岩石块体稳定性问题,采用正交设计方法对节理组产状进行多方案设计,通过使用定位断层为主轴的半定位块体统计分析方法,对某抽水蓄能电站洞室开挖不稳定区域进行识别。结果表明,该方法在充分考虑节理面产状不确定性的基础上,有效、快速地识别出半定位块体出现的集中区域,初步判断地下厂房施工时变形与破坏的主要危险区域;通过对半定位块体的体积、埋深、安全系数等的统计分析,有效识别出对工程安全影响较为显著的块体及其出现区域;通过将半定位块体的计算结果与实际开挖块体进行对比,快速识别了主要控制断层和潜在危险区域,分析了支护方案的加固效果,指出了可能需要加强支护的区域。     

断续节理扩展机制的离散元分析

采用离散元数值法研究断续节理扩展贯通机制对工程岩体的稳定性具有重要意义,为此引入应力强度因子,基于裂纹Ⅱ型断裂判据,提出了考虑岩桥渐进破坏特征的粘聚力弱化函数,将粘聚力弱化函数用FISH编程语言内嵌至UDEC中,并在变形块体内预设潜在节理面表征岩桥的破坏路径,按Mohr-Coulomb屈服准则进行节理扩展分析,实现了断续节理在不同压应力状态下的直剪试验模拟,且真实反映了断续节理中节理面开裂、贯通、扩展的全动态过程,数值仿真结果与已有的试验结果吻合较好,从而验证了该方法的正确有效性。     

白鹤滩水电站巨型地下厂房高边墙开挖支护变形研究

白鹤滩水电站左岸地下厂房规模巨大,且面临高地应力、长大错动带、硬脆玄武岩等诸多不利地质条件,存在围岩失稳、高边墙和岩壁梁成型困难等风险。为此,通过数值计算研究,厂房高边墙开挖选取薄层开挖、快速支护的方案。岩壁梁层分为"中部拉槽、保护层、岩台"三区六序的精细化开挖爆破,保证围岩应力分区释放、降低卸荷松弛程度。数值分析结果表明,开挖过程中数值计算与监测结果一致,围岩失稳风险得到了有效控制,厂房高边墙稳定成型。     

沙牌拱坝整体抗震安全性评价

以沙牌拱坝为例,将坝体及两岸潜在滑动块体在内的近域地基作为一个体系,考虑坝—基—库水动力相互 作用、坝体混凝土破坏、无限地基辐射阻尼、坝体横缝与坝肩可能滑动岩块结构面的动态接触非线性效应及坝基 裂隙岩体的非线性等因素的影响,研究了沙牌拱坝在不同概率水平地震作用下的地震响应与破坏形态,提出以坝 体控制性位移时程曲线的突变并无限增长、坝基交界面出现贯通性破坏区及有限元计算发散作为拱坝整体失稳的 判据,评价了高拱坝的整体抗震安全性,获得了一些有益的结论,可供借鉴。     

三峡永久船闸中隔墩裂缝原因分析

分析中隔墩顶面砼上出现的裂缝,是岩体裂缝、砼温差、砼干缩等因素的综合反映,而岩体裂缝的主要原因是开挖卸荷和岩体中存在不利的地质结构面,其次是锚固不及时,开挖爆破以及端头锚引起的附加拉应力等,开挖停止后,未产生新的裂缝,岩体中的裂缝扩展至收敛状,裂缝尚未对中隔墩造成严重的损伤,中隔墩仍处于稳定状态．     

大断面隧洞上穿既有隧洞结构安全分析

为分析丽水机场沙溪排水隧洞上穿既有玉溪引水隧洞工程可能造成的影响,采用有限元模拟法,综合考虑了大断面隧洞开挖引起的围岩应力重分布和爆破振动影响,研究了新建大断面隧洞自身的围岩受力和变形特征,及新建隧洞开挖、爆破施工引起的既有隧洞衬砌受力变形及动力响应。结果表明,在完成开挖后,新建排水隧洞的最大位移发生在拱顶处,围岩及衬砌结构受力变形满足设计要求;既有隧洞沿竖向发生隆起变形,最大隆起量为6.3mm,横向拱腰处发生向内的水平位移,最大水平位移为0.76mm,最大值均发生在隧洞交叉点处;既有隧洞衬砌结构最大压应力为30MPa,无拉应力,满足衬砌结构抗压和抗拉强度要求;新建隧洞爆破施工导致既有隧洞的最大质点振动速度满足爆破安全规程规定,说明新建大断面隧洞采用分层分块小断面控制爆破施工技术可有效控制爆破施工对临近结构的影响。     

关于地下洞室喷混凝土支护效果的实践与探讨

地下洞室开挖后,在地应力、不利地质结构面和施工等因素影响下,围岩表面常发生岩爆、片帮、剥落、掉块及局部塌方等现象。拉西瓦水电站引水发电系统地下洞室的开挖支护经验表明,混凝土喷层的作用,只有在其粘结力得到保证的情况下才能充分发挥。网喷混凝土很少脱落,防止岩爆的效较好,比钢纤维喷混凝土较之安全、经济。     

循环流化床锅炉膜式壁炉衬抗热震性试验研究

对不同结构的膜式壁炉进行了抗热震性试验,并进行了传热分析,提出了膜式壁炉衬结构的优化设计方案。     

TBM引水隧洞衬砌管片形式研究

管片衬砌是TBM引水隧洞的主要装配构件,其管片形式是决定衬砌结构安全与TBM隧洞推进速度的关键因素。结合某TBM压力引水隧洞,采用不同的管片形式,建立三维数值计算模型,针对常用的矩形管片衬砌与新型平行四边形管片衬砌,对比分析了典型工况（运行期、检修期）下管片衬砌的应力、管片接缝状态与连接螺杆应力等。结果表明,矩形管片衬砌的环向应力沿水流向的分布更均匀且峰值较小;运行期,平行四边形管片衬砌在接缝处的张开位移和螺杆应力分布更均匀且峰值较小;检修期,平行四边形管片间的接触压力与螺杆应力均较大。由于管片接缝位置的张开位移值安全裕度较大,可优先选取整体结构稳定性较高的矩形管片,在满足衬砌应力不超过混凝土设计强度允许值时,可选择施工进度更快的平行四边形管片。研究结果为TBM隧洞衬砌施工提供了指导。     

大倾角综放面液压支架失稳的治理

对大倾角综放工作面液压支架同围岩间的关系及相关受力状况进行了分析,指出了影响大倾角综放面液压支架稳定性的因素,就如何提升大倾角综放面液压支架的稳定性提出自己的见解。     

岩石力学参数对地下洞室群围岩变形的敏感性分析

岩石力学参数的不确定性是影响地下洞室群围岩稳定性分析的主要因素。以某水电站地下厂房为例,结合工程区域的地质条件,建立三维弹塑性有限元模型,通过单因素敏感性分析方法分析了岩石块体和断层的弹性模量、粘聚力、内摩擦角和泊松比对洞室开挖完成后典型机组断面关键点位移的敏感性。结果表明,顶拱处岩石块体内摩擦角为最敏感参数,其次为块体弹性模量;边墙区域岩石块体弹性模量、内摩擦角敏感性最大;而断层参数的敏感性均较小。因此对该工程进行参数选取时,需对岩石块体弹性模量和内摩擦角加以评估并进行精细化测定,提高数值模拟结果的可靠性。研究成果可为类似工程提供借鉴。