水工隧洞围岩稳定性有限元分析研究

随着中国工程建设局面的不断展开,目前铁路、水利工程等遇到越多的围岩稳定问题,故隧洞岩体结构的稳定性分析有着非常重要的作用,文章结合引水隧洞开挖的初期支护施工过程,对引水隧洞不同围岩类别在开挖和初期支护结构的施工过程进行模拟,计算开挖施工过程3种不同工况下围岩顶拱及侧向的塑形变形,分析其分布规律,计算成果为初期支护过程围岩的稳定性提供分析依据。     

水工隧洞围岩稳定性分析中的有限元强度折减法

长期以来,水工隧洞围岩的稳定性一直是大家关心的难题.现阶段,研究者多采用有限元法计算隧洞周边某点的应力、位移或塑性区大小来判定围岩的稳定性.实际上,这种方法因位移、塑性区大小与围岩稳定性没有严格的定量关系而存在很大的随意性.文章将有限元强度折减法应用于隧洞围岩稳定分析中,并以具体工程实例求出了安全系数和潜在破坏面,为水工隧洞的设计提供定量依据.     

引水隧洞围岩稳定性数值模拟分析

为研究水工隧洞挖后围岩稳定性问题,以某引水隧洞为工程案例,采用三维有限元分析软件Flac 3D对该隧洞进行数值模拟分析。模拟计算开挖过程中围岩的应力、应变的空间分布规律,并得到如下结果：（1）在自重应力作用下,围岩的竖向变形成层状分布;（2）随着埋深的增大,围岩的竖向变形相应地也就越大;（3）在隧洞上台阶开挖后,在隧洞的正上方的地面沉降量为12 mm,而在地表两侧地面的沉降量减小到1.15 mm;(4)在隧洞下台阶开挖后,隧洞两侧隧道的边墙部分竖向变形量收敛,隧洞拱顶与拱底处竖向位移的数值大小与分布规律均相同。     

软岩引水隧洞围岩稳定性分析

为研究软岩区引水隧洞开挖变形规律,基于某软岩引水隧洞工程实例,对现场监测数据进行分析。结果表明：(1)受软弱岩层的影响,掌子面开挖6m以内,拱顶沉降值和周边位移值的变化最大,且拱顶位移沉降和周边位移与时间的关系符合指数函数关系;(2)软弱岩层隧洞开挖后,围岩自身很难迅速形成自稳定岩圈。当施加支护结构后,且支护结构与围岩形成支护拱圈时,位移才会有所收敛。在实际隧洞施工过程中,对于监测断面25m以内的位移监测要适当进行加密;(3)对于软岩区隧洞,因隧洞地层的工程性质较差,隧洞开挖后要及时进行支护。在实际施工过程中,要重视现场隧洞变形监测,发现问题及时处理。     

软弱围岩引水隧洞初期开挖稳定性研究

软弱围岩隧洞在引水隧洞中比较普遍,隧洞开挖后围岩的稳定性对于施工安全有着重要的意义。结合浅埋隧洞围岩稳定性理论,利用数值模拟软件,针对具体工程建立二维数值模型,对隧洞开挖进行模拟;分析在整个开挖过程中围岩竖直位移和水平位移以及围岩应力特征。结果表明,大断面浅埋隧洞在VI级围岩下最不稳定,需要重点监测,以保证其稳定性。研究结果对软弱围岩隧洞开挖稳定性具有一定指导意义。     

水工隧洞不同进口型式的围岩稳定性分析研究

水工隧洞的进水口一般有方形和圆形2种不同的型式,根据实际工程概况、地质条件,利用有限元软件建立2种不同进水口方案的三维非线性分析模型,比较围岩应力、位移、塑性区数值分布范围的结果,得出水工隧洞选用圆形进水口的合理性。     

糯租水电站引水隧洞围岩稳定性分析评价

糯租水电站工程建设已完工,根据引水隧洞开挖后所揭露的地质状况,对引水隧洞的工程地质条件进行综述,并对围岩及渗透稳定问题作出分析评价。通过5个多月的运行,引水隧洞围岩稳定,基本无内水外渗现象。     

复杂地质条件下引水隧洞围岩稳定性分析

地下工程具有广阔的发展前景,而其围岩的稳定性关系到工程的施工安全以及运行安全。采用有限元分析方法,对计算模型的有限变形原理、洞室参数的选择进行了介绍。依托柳坪水电站引水隧洞工程,依据相关设计参数,建立三维整体模型,模拟了复杂地质条件下引水隧洞在开挖不支护、开挖支护完成后、地震工况条件下围岩稳定性计算结果,说明隧洞围岩主要受到压应力的作用,且通过衬砌能有效地控制围岩变形。并对结果对比分析,得出了3种工况的安全系数均大于1,隧洞围岩结构稳定性较好,且引水隧洞垂直方向变形均大大超过水平方向等结论,为施工及结构设计提供参考。     

深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定性研究

在深埋隧洞开挖过程中,高地应力和结构面发育是控制洞室围岩稳定的关键问题。针对深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定问题,以新疆某深埋高地应力引水隧洞为工程依托,利用水压致裂法和三维水压致裂法对地应力进行现场监测与分析,采用离散元软件3DEC模拟围岩应力场、塑性区以及位移场的变化情况,研究了深埋高地应力下引水隧洞节理围岩的稳定性问题。结果表明:实测得最大主应力在12.4~12.9 MPa范围内,模拟得洞室附近出现0~2.1 m的塑性区,最大位移值为25.1 mm,最大压应力为13.2 MPa,最大拉应力为1.32 MPa,洞室的侧墙和拱底部位的塑性区、位移值较大且出现局部小范围拉应力。结合本文具体工况和实测地应力资料,通过强度理论的方法进行岩爆分析研究,由Russenes岩爆判别式得无岩爆发生,节理岩体处于稳定状态,但随节理裂隙发育,侧墙和拱底易出现破坏,建议采用2.5 m锚杆进行加固。模拟结果与实测结果较为一致,研究成果为工程施工提供参考。     

水工隧洞围岩分类研究

水工隧洞围岩分类问题是水利水电工程主要工程地质问题之一。近年来,我省多个水利水电工程相继开工建设,通过施工发现勘察阶段确定的隧洞围岩分类与施工开挖后确定的围岩分类存在较大差别。文章介绍了水工围岩分类的背景及必要性,并通过本院已竣工工程勘察期与施工期隧洞围岩分类对比,总结了围岩分类存在差异原因分析,并提出了提高围岩分类准确性的措施。     

引水隧洞洞段围岩稳定性数值模拟

在隧洞工程中,围岩的稳定性和支护的作用效果一直是非常重要的问题.本文以新疆某输水隧洞为例,建立有限元计算模型,利用FLAC3D对引水隧洞开挖及支护后的应力和位移特征进行计算分析,为地下洞室工程的围岩稳定性评价和支撑结构计算及工程施工提供指导及借鉴.     

高地应力环境下引水隧洞软弱围岩稳定性分析

以实际深埋软岩引水隧洞施工为背景,在对导致大变形的围岩压力性质认识和力学行为分析的基础上,结合室内实验、数值模拟手段、施工变形监测数据和围岩—衬砌接触压力现场试验,研究了隧洞开挖后洞周位移分布特征、围岩变形和支护受力随时间发展规律。研究结论表明:(1)大主应力方向为垂直方向的高地应力环境中,隧洞软岩大变形以挤压型变形为主;(2)开挖面和二衬对约束隧洞空间位移分布具有重要作用;(3)软弱围岩变形发展和支护受力具有明显的流变特性和时间效应,及时施加二衬能有效限制流变变形的发展。在研究基础上提出了一些施工中有益于控制围岩稳定性的建议。     

含节理岩体深埋引水隧洞围岩稳定性分析及优化设计研究

针对某水电站引水隧洞实际地质情况,采用离散单元法,深入研究了含节理岩体深埋引水隧洞初始应力、开挖锚喷支护及运行期工况下围岩应力分布情况及变形特点.研究成果表明:洞室开挖后顶拱及边墙部位顺节理方向变形突出,受围岩拱效应的影响底板出现较大位移,且局部存在应力集中现象;塑性区及锚杆拉应力呈明显不对称分布状态,节理对岩体整体稳...     

引水隧洞围岩支护结构优化研究分析

引水隧洞工程地质复杂,在保证隧洞围岩和衬砌结构安全稳定的条件下,经济合理的支护结构设计优化对工程具有十分重要的意义。文章结合实际工程,建立数值仿真模型对水工引水隧洞的典型断面有限元分析各工况下的围岩稳定,并提出各支护方案的优化设计,使工程设计方案具备一定的经济适用性。该研究成果对指导隧洞施工过程支护结构优化具有一定的参考意义。     

黑河塘水电站引水隧洞围岩稳定性工程地质评价

黑河塘水电站引水隧洞地层岩性复杂,过磨房沟段地下水活动强烈,存在大量涌水。在前期勘察阶段,针对其地质条件,结合室内岩石物理力学试验成果,对控制围岩基本质量的岩体强度、岩体完整性、风化卸荷程度,岩层与隧洞轴线交角等因素进行了宏观初步分类,建立了一套适合黑河塘水电站特点的初步分类标准,并对主要工程地质问题进行了分析评价。     

丹巴水电站引水隧洞衬砌结构安全与围岩稳定性分析

依托丹巴水电站引水隧洞工程,研究锚杆和衬砌对围岩稳定性的影响,进行了不同埋深下隧洞衬砌厚度的比选和衬砌的安全性分析、配筋和裂缝宽度验算等,考虑了不同衬砌施加时机对隧洞受力及位移的影响。研究发现,锚杆支护可使围岩塑性区分布更加均匀,受力更加合理,可较好的控制围岩变形;衬砌内最大压应力值随着埋深增加而增大,随着衬砌厚度增加而降低;提出了有效减压区,应在有效减压区选择衬砌厚度,衬砌厚度选1.5m为宜;在最危险工况下,给出了合理的配筋设计方案;经过不同位移量和不同模型下衬砌安全性的对比分析,衬砌加固选择85%的位移预留量,围岩的变形量和最大控制内力都可得到明显的控制。     

某大型引水隧洞穿越断裂带洞段围岩稳定性研究

西南某深埋长隧道位于全新世区域活动断裂带。为了解断裂带的地应力分布情况,现场开展了钻孔岩石取芯分析工作。根据钻孔实测资料,利用莫尔-库仑模型,对隧洞周围的初始地应力场的分布特征进行了模拟分析,掌握了应力分布规律。分析结果表明,无支护条件下,隧洞围岩在断裂带出露处可发生极严重变形,对施工安全有重大影响。建议施工时,采用超前支护,开挖后及时实施二次衬砌等措施,以保证施工安全。     

电站引水隧洞围岩衬砌应力分析

文章以某水电站圆形截面引水隧洞为分析对象,基于有限差分法,利用数值模拟软件FLAC3D分析了运营期、检修期和施工期3种工况条件下,引水隧洞应力分布状况和岩体变形特征以及衬砌受力和位移情况,避免围岩变形过大、衬砌被破坏等,保证引水隧洞工程的安全与经济,为将来工程设计提供有价值的参考。     

巴贡水电站引水隧洞围岩分类研究

在现场施工地质编录的基础上,通过挪威的Barton、Lien和Lunde等人的Q法及Bieniawsk的RMB法隧洞岩体质量分类方法,对巴贡水电站的8条引水隧洞围岩进行分类,通过分类对前期隧洞围岩类别进行修正,根据不同类别的围岩采取相应的临时及永久支护措施,为设计及施工提供地质依据.     

水工隧洞不同围岩等级力学性能研究

为探究围岩等级下降对水工隧洞内力及变形产生的影响,以实际工程中隧洞有限元仿真分析所涉及的问题为例,采用地层结构法模拟隧洞开挖过程,选择典型断面运用三维有限元软件Abaqus,对Ⅲ类和Ⅳ类围岩在相同计算工况及荷载作用下进行分析计算,取隧洞计算结果的最大值进行比较。结果表明,与Ⅲ类围岩相比,Ⅳ类围岩等效位移增加了58.84%,等效塑性应变减少了25.74%;支护的水平位移、竖直位移、轴力和弯矩都增加了,除弯矩增加了139.94%外,其余的增长率均在25%~35%之间,锚杆的轴力相对增加最小,增加了19.32%。在实际工程中,需对支护弯矩值的变化给予重点关注,以此加强隧洞支护作用和安全效果。