高应力地下洞室顶拱深部变形及受力特性研究

为探讨高应力条件下顶拱深部围岩出现的收缩受力特征,采用位移分析法讨论上游侧顶拱在开挖过程中产生的收缩变形,根据弹塑性理论定性分析顶拱深部收缩变形产生机制;采用回归分析讨论了收缩变形区无黏结锚索预应力特征及其与围岩变形的关系.研究表明,围岩变形在顶拱呈显著空间分异特征,收缩应变出现在上游侧,沿厂房轴线的分布范围与钻孔深度...     

深部地下洞室施工期围岩大变形机制分析

大岗山水电站引水发电系统地下洞室埋深大,花岗岩因风化卸荷强烈,岩脉破碎带发育,应力较高。在施工过程中,岩脉、断层穿越的主变室部位出现较大的变形,严重影响施工安全与进度。采用地质调查和现场监测的方法,结合现场施工情况分析主变室围岩大变形特征和机制,提出2种可能的大变形破坏模式,分析影响围岩大变形的因素,并评价主变室的稳定性。研究结果表明:主变室围岩大变形主要受辉绿岩脉8 1和断层f59,f60控制,同时,地应力高、施工强度大、支护进度滞后加剧围岩的大变形。深部地下洞室施工期的地质调查及现场监测可以及时预测高应力区卸荷围岩的大变形,以确保洞室施工期的稳定安全。研究成果对类似工程具有重要的参考价值。     

猴子岩水电站地下厂房洞室群施工期围岩变形与破坏特征

猴子岩水电站地下厂房洞室群具有高地应力、低强度应力比的特点,在施工过程中出现严重的变形破坏现象。结合地质、监测、检测及施工资料对施工期围岩的变形与破坏特征进行分析,分析结果表明：主厂房、主变室及尾调室围岩位移大于50 mm的测点分别占17.2%,27.3%和9.4%,三大洞室围岩变形处于较大水平,远超其他电站同期水平。最大位移出现在III 1类围岩处,表明高地应力条件下,较完整硬岩产生的卸荷回弹变形较大,岩石本身破坏产生的变形所占比重增加。围岩变形深度为5～15 m,最大可达23 m,相对较大;围岩变形与开挖卸荷关系密切,呈“阶跃式”发展。围岩变形破坏以应力重分布起主导作用的应力驱动型为主,由结构面不利组合控制的重力驱动型不再占主导地位。研究猴子岩地下厂房洞室群围岩变形破坏机制对其施工及运营安全具有重要的工程意义。     

巨型地下洞室脆性围岩高应力破裂防治措施研究

脆性岩体高应力破裂是西部水电地下工程面临的主要岩石力学问题之一。依托世界最大规模的白鹤滩地下厂房洞室群,在概括高应力条件和玄武岩脆性特征基础上,说明了地下洞室围岩破裂破坏形式。采用3DEC中围岩能量释放等指标,研究了洞群布置、体形优化等宏观策略;依据围岩高应力集中特征,分析了开挖程序和支护时机等应对措施。结果表明,针对构造应力占主导的地下工程,可研设计应尽可能使主要洞室轴线与σ⁰₁小角度相交、宜选择双向成拱的圆筒形体形、保证顶拱曲率与应力拱相适应,并且,在施工期应尽可能沿σ⁰₁方向优先开挖、对应力集中的顶拱开挖不宜过多分幅、河谷应力条件下应优先开挖临江侧,此外,必须充分利用掌子面效应及时支护,抑制脆性岩体破裂扩展和时效变形。工程实践表明,防治脆性围岩高应力破裂的战略性措施能够降低洞室群围岩产生破裂破坏的总体风险,而战术性措施能够减小支护代价,提升工程安全性和经济合理性。     

官地电站高应力大跨度洞室群围岩稳定性评价

官地电站厂房地处高山峡谷段、高地应力区、高地震烈度区等,地质条件复杂。在基本工程地质条件和结构面统计分析的基础上,确定洞室群开挖后可能出现的块体并评价其稳定性。高地应力环境下的大跨度地下洞室群的稳定性分析研究评价较为复杂,应根据地应力、地质体等采取不同的分析评价方法。官地电站运用多种方法进行岩体质量分析,运用地质分析法和数值模拟法综合确定研究区的地应力场分布规律,运用有限元法研究地下洞室群的开挖效应及群洞效应,最后进行大型地下洞室群围岩稳定性评价,做到即有宏观指导又有具体稳定性研究,确保了围岩的稳定。     

陡倾柱状节理岩体洞室松弛特征与破坏机制

白鹤滩水电站柱状节理岩体具有特殊的柱体结构特征,洞室开挖后卸荷松弛破坏严重。通过对白鹤滩水电站4#导流洞柱状节理岩体现场破坏调查、位移和松弛深度监测,发现柱状节理洞室呈现典型的非对称破坏特征,不同部位松弛深度差异较大,左右侧边墙破坏模式受倾角影响,分别呈现倾倒破坏和滑移破坏。离散元数值模拟结果显示洞室表层围岩主要以柱间节理张拉破坏为主,内部围岩以剪切破坏为主,左右侧边墙不同的变形破坏特征是柱体倾角和地应力综合作用的结果。最后分析了不同柱体倾角对洞室变形破坏特征的影响,不同倾角下洞室各部位松弛深度差异显著,应根据洞室不同部位塑性区深度和柱体角度进行预应力锚杆设计。     

江垭水电站地下厂房洞室围岩稳定性监测与分析

江垭水电站地下厂房在施工过程中主厂房上游边墙和下游边墙曾出现过有害变形而影响围岩稳定问题,经洞室围岩原位监测成果与有限元计算成果对比分析,认为经工程措施处理后的地下厂房洞群围岩整体上是稳定的。     

高应力地下厂房顶拱开挖过程围岩力学响应与稳定性分析

水电站地下厂房洞室群地质结构复杂、地应力高,施工期间围岩变形破坏现象频繁发生。针对某水电站高应力地下厂房开挖卸荷诱发顶拱破坏的问题,开展围岩损伤演化过程分析。利用微震监测技术实时记录地下厂房开挖期间围岩微破裂萌生、发育及扩展过程。结合常规监测、现场踏勘,揭示深部围岩损伤与施工动态的响应规律。采用数值模拟重现开挖过程应力场与位移场的渐进演化特征。研究结果表明：微震活动与施工状态、地质条件密切相关,厂房K0–40～K0–60区域微震事件聚集由强卸荷及节理、裂隙共同控制。开挖卸荷形成的高边墙水平应力及顶拱垂直应力加剧了围岩损伤沿开挖轴向扩展演化。震源参数在围岩变形破坏前表现为矩震级增大、视应力下降、累计视体积不变。研究成果可为类似地下工程开挖围岩损伤及稳定性评价提供借鉴。     

锦屏I级水电站地下厂房施工期围岩变形开裂特征及地质力学机制研究

 锦屏I级水电站是雅砻江流域最为重要的控制性梯级电站。地下电站的规模巨大并且赋存的地质环境条件十分复杂,特别是岩石的相对低强度和高地应力特征,地下电站在施工过程中遇到前所未有的有关围岩稳定及支护设计方面的难题。结合地质、监测、物探、施工及试验资料,分析地下厂房洞室群围岩及支护结构的变形开裂及破坏失效的特征。探讨地下电站区的地应力状态、岩体结构、岩石的加卸载力学特性等对围岩变形开裂的影响规律,解释围岩变形破坏的地质力学机制。高地应力及其方向使得主厂房和主变室下游侧围岩(特别是拱腰)的切向应力加载效应明显,易于压致劈裂,而上游侧边墙等法向应力卸荷强度较大,易于卸荷拉裂松弛。高应力条件下破裂围岩具有一定的流变特性,表现出由表及深的渐进性特征,反映随围岩松弛而发生的破裂岩体的时效变形。主厂房和主变室上游侧为缓倾角顺向坡而下游侧为反向坡,在二次应力场作用下下游侧易弯曲折断而上游侧很难剪切滑移。厂房区大理岩具有相对低强度高脆性力学特性且具有较低的应变强度特征,卸荷条件下易于压致拉裂。     

高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究

 依据官地水电站大型地下厂房洞室群地应力高、围岩坚硬、结构面发育等特点,在地应力特征、围岩结构特征分析的基础上,结合围岩变形监测成果和三维数值仿真分析成果,对洞室围岩变形破坏特征进行归纳总结,并系统提出高地应力条件下地下厂房洞室群的布置设计、开挖支护设计和施工对策。建议高地应力条件下,洞室纵轴线的选择应兼顾最大主应力方位和围岩主要结构面、采用较大的洞室间距和较大的顶拱矢跨比、采用合理的开挖方式和开挖顺序、适当提高喷混凝土强度等级、延时浇筑岩壁吊车梁和母线洞衬砌、合理确定锚索张拉力锁定值,对具备岩爆条件的洞室围岩先初喷50～60 mm厚的钢纤维混凝土后再实施系统锚杆和挂网喷混凝土层到设计厚度等。上述建议对于高地应力条件下类似地下厂房洞室群的设计与施工具有重要的指导意义和应用价值。     

高应力硬岩地区岩体结构对地下洞室围岩稳定的控制效应研究

官地水电站地下厂房属典型的硬岩地区深埋大型地下洞室群,其重要特点是同时面临高地应力和结构面发育这2个不利条件,实测最大主应力为25～35 MPa,厂区无大的断层和软弱结构面,但错动带和裂隙十分发育。通过对地下洞室群施工过程中出现的围岩局部失稳破坏现象进行全面的分析整理,对三大洞室的岩体结构特征和围岩变形破坏模式进行系统的分析、比较和总结,从而对影响围岩稳定的两大控制因素——地应力和岩体结构对官地地下厂房洞室群围岩稳定的影响程度和方式进行分析和对比。研究表明,由于三大洞室围岩类别以II类为主,岩体结构以块状～次块状结构为主,围岩具有较高的力学强度和强度应力比,从而具有较强的抵抗应力破坏的能力;岩体结构对地下厂房围岩变形与稳定的控制作用较地应力则更为明显,地下洞室群开挖过程中出现的局部失稳或较大变形多与不利方位的结构面直接相关。三大洞室围岩岩体结构特征总体上的相似性非常明确,反映在三大洞室围岩的变形特征和破坏模式上具有很好的统一性。然而,三大洞室的岩体结构特征也存在一定的差异,导致岩体结构影响围岩稳定的方式和程度有所不同。结构面发育造成的另一个不利影响是为坚硬岩体在高地应力条件下产生卸荷时效变形提供了内部条件。因此,在强度应力比较高的硬岩地区,应充分重视岩体结构及其演化对围岩变形和稳定的控制效应。     

高应力矿山锚网支护巷道围岩变形监测与分析

针对大顶山矿区巷道水平应力较大以及锚喷支护难以满足生产及安全要求等问题,采用无喷混凝土锚杆+TECCO网支护方法取代原锚喷支护,在解决支护难题的同时,也节约了成本。为了验证锚网支护效果,对锚网支护巷道围岩的表面位移进行监测,并通过对监测所搜集到的数据进行拟合分析,及时掌握围岩变形变化动态,以便更好地对围岩稳定性作出预测和评价,确保巷道安全可靠,指导矿山安全生产。     

复杂地应力环境大型地下洞室围岩时效变形机制及力学模拟

提出复杂地应力环境下大型地下洞室开挖围岩时效变形机制及其力学模拟方法。基于变形监测资料和岩体力学分析认为,中高地应力条件下岩体由高围压环境急剧转变为低围压、高应力差环境的力学机制和工程开挖引致围岩扰动破坏的空间效应是复杂地应力环境中洞室围岩时效变形的主要作用机制。采用应力释放有限单元法模拟洞室动态开挖过程,通过引入时间因子,建立开挖荷载释放与空间扰动效应的时间相关函数,提出基于时效变形过程的开挖荷载分时分级释放方法和基于主、次级开挖松动区的围岩变形模量劣化模型。工程实例表明：该方法通过将开挖荷载释放与开挖扰动空间效应耦合计算,能够合理有效地模拟大型地下洞室施工开挖全过程围岩的时效变形力学行为,对于理解和控制复杂地应力环境大型地下洞室高边墙变形破坏行为和时空效应,优化洞室施工开挖支护与监测反馈等具有一定的应用价值和实践意义。     

大断面地下洞室断层带围岩变形与结构受力特征分析

对某大跨度、高边墙地下洞室穿越断层破碎带的围岩变形与支护结构受力进行了现场监测,结果表明:与拱脚衔接的边墙上部为薄弱环节,围岩松动变形较大,导致局部锚杆受力超过了设计抗拉极限,施工中进行了及时加强;二次衬砌受力较小,表明修正后的初期支护基本保持了围岩稳定.     

穿越地裂缝的地下综合管廊变形规律与应力分布特征研究

以穿越西安f7地裂缝的地下综合管廊工程为研究对象,基于有限元数值模拟,找出了地下综合管廊在地裂缝带地基不均匀沉降下的受力特征及变形规律。分析结果表明:在地裂缝作用下,中段管廊(跨地裂缝)变形最为严重,管廊接头处沉降量发生突变,为薄弱区域;管廊底板混凝土以受压为主,而顶板以受拉为主,当沉降量在地裂缝处超过250 mm时,管廊顶板所受拉应力超过混凝土轴心抗拉强度,造成管廊顶板出现横向裂缝。     

高应力作用下CFG桩复合地基承载变形机制

为探究水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基在高应力下的承载变形机制,基于西安市高新区拟建场地CFG桩复合地基高应力现场试验建立数值模型并进行分析。结果表明:该场地CFG桩复合地基的极限承载力不小于1 666 kPa;褥垫层在高应力作用下发生破坏,其协调桩土共同作用能力降低;桩顶向上刺入褥垫层,荷载向桩顶集中,致使桩承担上部荷载的96.5%;桩间土发挥作用能力受限,复合地基相当于单桩承载;褥垫层的厚度与桩土应力比的增长呈现负相关;桩间土与桩顶的沉降差随着荷载的增加而增加,且随着褥垫层厚度的增大呈现先增大再减小的趋势;当单桩承载力满足要求时,为保证高应力下桩间土不因荷载过大而造成复合地基的破坏,应适当减小褥垫层的厚度,降低其流动补偿能力;所得结论可为CFG桩复合地基在高层建筑地基处理设计提供参考。     

泥岩隧洞围岩渐进性变形与破坏机制探索

为解决泥岩隧洞某洞段在施工完成后围岩突然发生持续大变形的问题,综合隧洞开挖揭露的地质条件和实测变形规律,并进行相应数值分析试验,研究发现原因是隧洞围岩中存在隔水层,后续的开挖导致围岩隔水层破坏,使原先处于干燥状态的围岩遭受地下水浸泡而软化,导致本已趋于稳定的隧洞重新发生收敛变形和支护结构破坏。经过对处理措施的数值试验研究和现场实际效果综合对比分析,发现采取以排导为主的方案是较为合理、经济、有效的处理措施。     

高应力区洞室浅表饼层型岩爆特征和机制研究

以双江口电站左岸引水发电系统为研究对象,开展洞室浅表饼层破坏大量调查、统计并总结宏观发育规律特征,提出浅表饼层型岩爆破坏类型.从影响因素、力学和形成机制分析表明:(1)超高地应力、硬质脆性岩体、滞后性岩爆的洞室易发生浅表饼层型岩爆破坏;(2)发育部位比较集中在洞室扩挖或下卧上下层交接部位、洞室开挖边墙和洞室交叉部位...     

高应力下大理岩循环扰动变形规律及一种破坏前兆特征

为探究工程岩体循环扰动作用下的变形破坏特性,开展了不同应力水平与幅值的大理岩单轴循环扰动试验。试验结果显示：(1)应力水平是循环扰动下大理岩破坏的主要因素,幅值是次要因素。应力水平刚达到扩容应力时,即使循环幅值很大,大理岩也不会破坏,当应力水平远高于扩容应力且循环幅值很大时,破坏十分迅速;(2)相对于不可逆变形,动态刚度更能体现变形曲线“疏—密—疏”的三阶段特征。可采用动态刚度衰减率的正负值作为破坏前兆特征,在变形稳定阶段预判岩石是否会发生破坏;(3)对于破坏岩样,基于动态刚度表征的损伤变量与不可逆变形总趋势相似。“双高”模式与Ⅰ型曲线一致,其余模式与Ⅱ型曲线一致。     

考虑蠕变特性的高应力软岩隧道变形预测方法与实践

为研究高应力软岩蠕变特性对隧道围岩变形预测的影响,以木寨岭公路隧道为依托,首先采用三维计算模型与多元线性回归相结合的方法分析初始地应力场,并结合围岩段落划分,选择典型计算断面;其次,提出基于[BQ]值的围岩参数取值方法,确定典型计算断面的围岩参数;而后,开展基于M-C模型和Cvsic模型的断面变形计算,剖析岩体蠕变特性对围岩变形的影响;最终,对比了预测结果与实际围岩变形。结果表明：(1)岩体蠕变特性对围岩变形具有明显增大效应,围岩位移增长量与横断面平均主应力呈正相关;(2)围岩条件越差,蠕变增大效应越显著;横断面平均主应力越大,蠕变增大效应中位移增长量越大,而位移增长率变化不明显;(3)蠕变特性对围岩变形等级预测有明显影响,M-C模型预测结果弱于Cvisc模型,与实际围岩变形情况存在较大差异。研究结果为在高应力软岩隧道变形预测中引入岩体蠕变效应奠定了实践基础。