五岳抽水蓄能电站地下厂房初始地应力反演及围岩稳定性分析

河南五岳抽水蓄能电站地下厂房洞室群结构复杂，主厂房最大跨度26.0 m,高55.1 m,为大型地下洞室。岩体结构面发育，强度低，断层f₁贯穿三大厂房，安全问题突出，需分析其开挖后围岩的稳定性。为此，使用FLAC^3D程序建立地质模型，采用BSA-BP神经网络反演计算了该区的初始地应力场，而后进行地下厂房开挖的模拟计算，分析了围岩应力场、位移场及塑性区发育分布规律，结果表明地下厂房洞室群围岩基本稳定，但在断层发育部位及母线洞两端存在局部变形破坏的可能。研究成果可为该工程设计、施工提供指导，也可为同类工程提供参考。     

某水电站大型地下洞室群围岩支护模拟分析

针对某水电站大型地下洞室群中大跨度、高边墙等因素对围岩稳定性的影响,采用有限差分法建立了大跨度、高边墙地下洞室群的三维计算模型。通过对比无支护与支护条件下的数值模拟结果,研究了支护对围岩应力、位移及塑性区分布的影响。结果表明,在开挖形成大跨度、高边墙的过程中,洞周围岩位移、应力值受影响显著,塑性区分布范围较大;施加支护后,洞周围岩变形减少了约23%,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。     

玉龙喀什水利枢纽工程地下厂房围岩稳定分析

新疆和田玉龙喀什水利枢纽工程地下埋藏式厂房面临高地应力、大跨度开挖,工程区岩石饱和抗压强度偏低,软化系数偏大,薄层状片理发育,地下厂房距离大坝较近,水库蓄水后外水压力增大,且在施工期及运行期不可控因素较多。高地应力对厂房边墙变形影响较大,为确保计算成果的可靠性,先进行地应力反演,使得反演成果与实际地应力场相接近,再进行施工开挖仿真分析。综合判断围岩的变形规律、应力状态、塑性区分布等,发现在无支护条件下局部区域受力特性及稳定性差,但地下厂房洞室群围岩总体上基本稳定。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

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。     

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。     

裂隙岩体渗流作用下地下洞室围岩稳定性分析

针对传统的考虑外水荷载的围岩稳定性计算方法难以定量评价地下工程的围岩稳定状况的问题,结合卡里巴水电站的工程实例,采用三维弹塑性损伤有限元数值计算方法,分别在无支护开挖、无渗流锚固支护开挖、有渗流锚固支护开挖三种工况下,定量分析并评价了地下洞室群围岩的稳定状况。结果表明,分期锚固支护开挖可确保洞室围岩稳定,裂隙岩体渗流对地下洞室围岩稳定影响较大。可见裂隙岩体渗流—弹塑性损伤计算方法可定量评价围岩稳定状况,为地下厂房设计、施工及安全运行提供了参考。     

层间错动带对白鹤滩水电站地下厂房围岩稳定的影响

白鹤滩水电站地下厂房洞室群规模巨大,主副厂房洞尺寸达438.0m×34.0m×88.7m(长×宽×高),其间发育的层间错动带C2错动强、性状差,斜切整个左岸地下厂房中、下部边墙,是影响左岸厂房围岩稳定的主要地质构造。为此,建立了左岸厂区地下洞室群整体三维模型,分析了无支护情况下的围岩稳定性,评价层间错动带对地下厂房围岩稳定的影响。在此基础上,建立局部模型模拟层间错动带处理方案,分析地下厂房在支护措施下的围岩稳定性。结果表明,采用纵向混凝土置换洞和横向置换支洞的组合布置形式,层间错动带的剪切错动变形及围岩塑性区深度、局部大变形能得到有效控制,地下厂房围岩整体稳定可得到有效保证。     

地下厂房围岩稳定性分析及支护方案优化

基于工程实际与设计方案,构建了甘肃省讨赖河三道湾水电站地下厂房洞室群的三维有限元模型,采用弹塑性有限元法计算模拟了洞室分步开挖及支护过程,分析了有无系统锚杆支护工况下围岩的应力状态及洞室变形,论证了锚索支护的必要性,并对锚杆长度设计方案进行优化.计算分析表明,系统锚杆明显改善了开挖围岩的变形与稳定性,该法可行、合理,可供借鉴.     

乌东德水电站导流洞不良地质段开挖支护数值分析

乌东德水电站是综合效益显著的大型水电工程,左右岸5条导流洞呈"左2右3、4大1小、4低1高"的格局布置,其中右岸#3、#4导流洞上游Ⅳ类围岩洞段占比较大且变形和应力相对较大,为分析#3、#4导流洞Ⅳ类围岩洞段第Ⅳ层开挖支护方案下围岩变形、破坏区分布及锚杆受力情况,采用三维弹塑性损伤有限元程序,选择#4导流洞典型断面进行数值分析。结果表明,按目前开挖支护方案施工,洞室全部开挖完成后,洞周围岩最大变形满足设计要求,洞周围岩开裂区总体在系统锚杆及预应力锚杆支护范围内,洞室全部开挖完成时锚杆平均受力在200 MPa以上,少量锚杆达310 MPa,研究成果可为#3、#4导流洞不良地质段第Ⅳ层开挖支护及现场安全施工提供依据。     

地下厂房洞室群开挖卸荷力学特性及岩体质量评价

针对地下厂房洞室群开挖导致围岩卸荷回弹、岩体质量发生劣化问题,以金沙江某地下厂房洞室群为工程背景,基于卸荷岩体力学理论,采用有限差分法研究了洞室群各期开挖对洞周围岩卸荷力学特性的影响,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用岩体分类指数法对洞室群开挖后的岩体质量进行评价。结果表明,随洞室群的施工开挖,洞周围岩卸荷区不断发生演化,其卸荷区深度、范围逐渐增大;洞室群开挖完成后,三大洞室间均有程度不同的卸荷贯通区出现;洞周围岩部分卸荷区岩体质量由开挖前的Ⅱ类变为Ⅲ类。     

地下洞室岩体动力本构模型研究及应用

岩体动力本构是研究地下洞室围岩抗震稳定的基础,但目前尚无普遍认可和较成熟的适用于地下洞室围岩地震分析的本构模型。结合已有试验研究成果,基于考虑地震动荷载作用下的岩体强化特性和地震波循环加载情况下的岩体疲劳损伤特性,提出一种适用于地下洞室群抗震分析的岩体弹塑性损伤本构模型,并嵌入到自主开发的显式有限元计算程序,应用于我国西南某大型地下厂房洞室群围岩抗震稳定分析。计算结果表明,设计地震情况下该洞室群围岩基本稳定,但洞室开挖中损伤较严重的区域在地震过程中其损伤程度可能会成倍增加,是抗震支护的重点区域。     

乌东德地下厂房层面小夹角判定及支护设计

乌东德地下厂房洞室群赋存于陡倾下游的层状浅变质岩中,上游边墙易产生沿岩层层面的剪切滑移变形,下游边墙易产生倾倒变形,且变形程度与岩层走向和厂房纵轴线之间夹角的大小密切相关。为明确不同夹角对地下厂房洞室群围岩变形与稳定的影响,并为层面小夹角洞段的判定提供依据,采用三维离散元法,分别分析夹角为0°、10°、20°的情况。结果表明,夹角小于20°时,洞周围岩位移量值水平及其塑性区分布范围及深度明显增大,而夹角分别为0°、10°时,计算结果差异较小;据此,定义夹角小于20°的洞段为层面小夹角洞段。同时提出了支护设计参数,目前左右岸地下厂房开挖已完成,监测结果验证了支护设计的合理性。相关思路及方法可为同类工程提供参考。     

某抽蓄电站地下厂房洞室群开挖支护过程中围岩稳定性分析

某大型抽水蓄能电站的地下厂房洞室群结构复杂,地质结构特殊,安全问题突出,需评价其在开挖支护过程中围岩的稳定性。为此,采用弹塑性有限元法,建立三维模型,使用自编程序Gehomadrid,根据开挖方案,通过不断调整模型中单元的存在状态,真实、有效地模拟了开挖支护过程,得到了开挖支护过程中围岩位移、应力、塑性区以及支护受力等结果。研究成果可为该工程设计、施工提供指导意见,也可为同类工程提供参考。     

缓倾层间错动带对大跨度地下洞室顶拱围岩稳定的影响及支护对策

白鹤滩水电站右岸地下主副厂房洞跨度34m,洞室规模巨大;缓倾层间错动带C_4斜切地下厂房南侧顶拱,对厂房顶拱围岩稳定影响巨大。建立右岸地下洞室群整体三维模型,进行无支护条件下的围岩稳定分析,评价缓倾层间错动带C_4对厂房顶拱围岩稳定的影响;根据分析结果建议加强支护的措施及范围,并进行支护条件下的围岩稳定分析。研究结果表明,地下厂房顶拱受缓倾层间错动带C_4控制区域的影响深度超过9m,系统锚杆支护(最大深度9m)深度不足,建议采用支护深度更深的锚索进行加强支护;采用系统锚索支护后,地下厂房顶拱受缓倾层间错动带C_4影响区域围岩的应力状态得到有效改善,变形及屈服区得到有效控制,地下厂房顶拱围岩的稳定得到可靠保证。     

地下厂房洞室群围岩三维非线性粘弹塑性流变分析

地下洞室围岩在软岩地质条件下会产生流变效应,考虑"围岩—喷锚支护"系统的整体力学效应,在西源模型的基础上,提出了以塑性屈服函数及应力水平和长期强度大小关系为两个控制参数的双开关西源模型,建立包含流变时间、应力水平和塑性屈服函数等在内的粘弹性应变增量和粘塑性应变增量表达式;岩石未进入塑性屈服状态只考虑粘弹性应变增量,进入屈服状态后就应考虑粘塑性应变增量。将建立的非线性粘弹塑性流变模型编入三维弹塑性有限元程序,利用初应变法将应变增量转化为该应力水平下单元虚拟节点荷载,考虑锚杆、锚索的加固效应和喷层提供的支护抗力,最终求解围岩塑性区范围及其应力、应变和位移。以某抽水蓄能电站地下厂房洞室群为例,分析其"围岩—喷锚支护"系统30d流变过程中围岩塑性区、变形位移及锚杆应力变化规律,结果表明所建非线性粘弹塑性模型能较好地分析地下洞室的流变效应,可为工程设计施工提供合理建议。     

三里坪水电站地下厂房洞室群开挖后围岩稳定性分析

根据三里坪水电站地下厂房工程地质条件及洞室群布置情况,采用二维有限元软件Phase2建立典型的Mohr-Coulomb岩体弹塑性模型进行数值模拟分析。结果表明,未采取支护措施时主厂房、主变室应变及围岩塑性区较大,采取支护措施后洞室群围岩位移变形、应力、塑性区均满足设计的围岩稳定性要求。     

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。     

高地应力地下厂房岩壁吊车梁结构安全性分析

对于高地应力区地下厂房，岩壁吊车梁浇筑完成后下部厂房洞室开挖可能会对吊车梁产生不利影响。对此，采用三维弹塑性有限元法分析了某地下厂房岩壁吊车梁施工期和运行期应力变形、梁体锚杆受力及梁体的稳定性。结果表明，在高地应力场中，岩壁吊车梁会产生较大变形，梁体和岩壁结合面会出现较大的拉应力，在吊车梁浇筑完成后的3期内梁体应力变形增大，随着开挖部分远离梁体，梁体应力变形变化趋于平缓，梁壁结合面安全系数增大，为类似工程中吊车梁浇筑和洞室施工提供了参考依据。     

向家坝水电站地下主厂房锚索预应力监测分析

由于向家坝水电站右岸地下主厂房所处岩石地质条件复杂,大洞径洞室开挖施工中,为约束围岩有害变形、重新调整岩体内部应力分布、提高围岩整体安全度,在顶拱及上下游高边墙采取了预应力锚索加固等措施.总结了预应力锚索测力计现场率定、安装技术要点,分析了预应力各阶段变化规律和损失影响机理.结果表明洞室内锚索施工质量与锚固效果均较好.     

复杂地质条件下地下厂房洞室群开挖顺序研究

复杂地质条件下大型地下厂房洞室群围岩稳定是岩石力学重大技术问题之一,也是施工中必须解决的问题,以江苏溧阳抽水蓄能电站工程为背景,对复杂地质条件下的大型厂房洞室群围岩稳定进行了系统分析,并通过分析制定出科学合理的开挖施工方案,确保实际施工的安全、进度,取得了良好成效.