乌东德水电站右岸地下厂房开挖围岩破坏模式及形成机制研究

 乌东德水电站右岸地下厂房洞室群布置复杂,中低应力条件下,“陡倾、小夹角”等不利岩层产状导致结构面控制型破坏现象突出。结合地质、现场勘查、常规监测、微震监测及数值模拟资料,全面总结和分析右岸厂房下游拱座岩体破坏模式及形成机制。首先,基于现场勘查及常规监测资料,归纳和总结围岩破坏的基本特征与规律,包括其破坏形式、空间位置、破坏规模、破坏发展特征等主要信息;其次,总结岩体破坏孕育、发展过程中微震活动强度的时间演化规律,分析得到基于微震活动特征的层状岩体破坏前兆;最后,采用“微震监测”为主“数值模拟”为辅的综合分析手段,揭示下游拱座岩体发生弯曲倾倒的破坏本质及其形成机制,探讨岩体结构对拱座围岩破坏的力学影响机制。该研究可为陡倾层状岩体中大型地下洞室优化开挖方案和支护措施提供依据,也可为同类大型地下洞室相似围岩破坏的防控提供参考。     

低地应力区地下洞室围岩变形破坏有限元数值模拟研究

低地应力状态对相关工程岩体变形破坏和稳定性有重要影响,以西安市黑河水利地下工程泄洪洞为例,采用弹塑性二维有限元法通过对低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏进行了数值模拟研究。模拟结果表明:低地应力区洞室围岩变形破坏主要发生在垂直方向,水平方向的规模和程度均不及前者,同时总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏规律及其特征。该项研究工作将有利于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理与稳定性,它对保障地下洞室工程的顺利进行起到积极促进作用,具有重要的理论研究价值和现实意义。     

白鹤滩大型地下厂房开挖围岩片帮破坏特征、规律及机制研究

 在建的金沙江白鹤滩水电站地下厂房开挖规模巨大,其复杂地质条件和高应力导致围岩破坏现象突出。针对左、右厂房第一层开挖过程中曾频繁遭遇到的围岩片帮破坏问题,结合地质、施工、测试、试验及数值分析资料,全面总结和深入分析玄武岩片帮机制。首先,归纳和总结地下厂房围岩片帮破坏的基本特征与规律,包括其表现形式、形态特征、空间位置、破坏规模、滞后规律、破坏发展特征、对应岩性及支护特征等主要信息;进而重点探讨厂区地应力、岩体结构、岩性、施工因素等对围岩片帮的影响规律;最后,综合分析揭示片帮的形成与发生机制。该研究可为白鹤滩水电站地下厂房后续开挖过程中围岩片帮破坏的预防和调控提供重要支撑,也可为同类高地应力条件下大型地下洞室类似围岩破坏的防控提供参考。     

层次分析法确定影响地下洞室围岩稳定性各因素的权值

在研究大型地下洞室围岩稳定性时,综合考虑了围岩强度和刚度、洞室高度和埋深、水平向地应力及其相互间距等影响因素,采用FLAC3D软件进行了16个工况的数值模拟计算,建立了影响地下洞室稳定性的层次分析法模型,对影响稳定性的各个指标因素进行判断矩阵的构造、特征向量的求解以及一致性的检验。这种分析方法可以从总体上对各因素进行排序,为将来预测地下洞室围岩稳定性提供必要的依据。     

地下厂房洞室群围岩开挖过程数值模拟

以某水电站为背景,对地下厂房洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,通过大型有限元软件ANSYS建立三维模型,然后将节点与单元信息转换出三维岩土工程数值分析软件FLAC3D能识别的节点与单元信息,最后导入三维FLAC3D进行分析。该文主要研究了在开挖过程中洞室群围岩的主要变形特征和开挖塑性区变化规律,所分析结果可以为相关测试工作以及施工过程中的支护提供参考。     

深埋隧道软弱围岩渐进性破坏及其锚固效应试验与模拟

针对软弱岩体中隧道开挖过程中出现的塌方破坏问题,通过室内地质力学模型试验和数值模拟,对有、无锚杆支护情况下围岩的渐进性破坏过程、岩体地表变形以及岩体内部的应力变化规律进行了对比分析,所得结论如下所述:①隧道开挖使得上覆岩层荷载向隧洞左、右两侧转移,拱腰以下岩体往往率先剪切破坏,锁脚锚杆可有效制止岩体初始剪切破坏;②围岩破坏自洞周逐渐向岩体深部发展,沿与水平面夹角为45°+φ/2的方向产生两个滑动面,并在洞顶形成一自然平衡拱,锚杆支护可有效减小岩体塌落范围;③锚杆的存在大大改善了围岩的应力状态,不仅提高了拱腰岩体剪切起裂荷载值,而且还使得拱顶岩体在破坏前可承担更大的上覆荷载;④塌落区内的岩体切向应力呈"跌落式"下降,此特征可用于判断岩体塌落范围及为隧道塌方预警服务。     

断层错动作用下隧道衬砌围岩破坏机理研究

依托西南地区某跨断层隧道工程背景,对断层错动下隧道围岩结构影响开展相似模拟试验和数值模拟研究.综合工况及试验条件,对一般三维模型装置和光纤监测布置等进行设计,试验装置可以更好地反映断层蠕滑错动作用下衬砌-围岩-断层带的动态关系及衬砌结构的损伤破坏特征.结果表明,隧道结构对围岩体有一定程度的"追随性"和"抑制性",断层错...     

深部试验隧洞围岩脆性破坏及数值模拟

 围岩破坏模式和机制的深入认识和把握、围岩破坏程度的合理评价对于深部地下工程围岩稳定性的分析和调控至关重要。锦屏二级水电站深部地下试验隧洞即为针对该问题而建设的国际上埋深最大(2 500m)的地下试验隧洞之一。通过大理岩室内试验结果的分析,深入研究和认识大理岩基本工程力学特性。基于此,分析试验洞开挖后围岩的破坏模式和机制,应用脆性岩体本构模型(RDM)、数值模拟方法和FAI评价方法分析开挖后围岩脆性破坏的范围和深度,并与现场揭露情况进行对比。分析结果较好地体现高应力条件下大理岩的脆性破坏特征,达到对围岩破坏程度合理把握的目的,为引水隧洞开挖期间支护参数的设计和施工处理措施的制定奠定坚实的基础。     

隧道围岩破坏过程数值模拟方法研究

从理论上分析了隧道围岩渐进性破坏机理,以江西某隧道Ⅴ类围岩为背景,基于离散元理论,模拟了隧道围岩的破坏过程,并与现场结果进行了比较分析,PFC模拟结果与现场基本一致,结合数值计算的结果,提出了围岩动态压力拱的概念,研究成果对隧道塌方事故的预防及治理的研究提供了参考。     

贵阳市某牵引式顺层滑坡演化过程及渐近破坏机理数值分析

以贵阳某公路一处路堑开挖顺层滑坡为例,通过地质调查、变形分析等方法,定性分析了滑坡变形破坏的影响因素和演化过程。基于FLAC~(3D)数值模拟平台,采用能考虑层面特性的遍布节理模型,定量计算了滑坡体的变形,分析了滑坡体在不利工况下的稳定状态,其与折线滑动法计算结果一致。基于该模型,重点对滑移面的由下自上渐近剪切过程进行了动态模拟和显示。     

岩石破裂过程的数值模拟研究

考虑不同粒度组成和缺陷分布的岩石,对其裂纹扩展,演化过程的影响,建立数学模型,应用ＲＦＰＡ程序分析了均质度对岩石类脆性材料在外载作用下的裂纹扩展、演化过程的影响,和相关的实验结果进行对比,指出均质度对材料破坏过程的决定性影响。     

非均匀岩石破裂过程渗透率演化规律研究

应用自主开发的数值模拟系统，通过数值试验，很好地描述了岩石破坏损伤演化过程中渗流场变化规律，包括岩石在应力．应变曲线不同阶段的渗透率演化规律、非均匀性对渗流场分布和渗透率的影响。结果表明，非均匀性对岩石的应力峰值强度、峰值前后渗透性演化规律及其破裂机制的影响十分明显。     

多煤层开采时岩层垮落过程的数值模拟

 运用自行开发的岩层破断过程分析(SFPA2D) 系统模拟了多煤层开采时岩层的垮落过程。数值模拟结果表明,虽然上部煤柱的存在改变了上覆岩层结构, 但岩层的垮落仍具有明显的周期性, 地表的水平移动和垂直下沉仍具有明显的对称性; 当垮落带高度达到上部煤柱后, 可能出现大面积的垮落, 产生较大的次生来压现象, 从而影响下部长壁工作面的安全。通过和相似材料模拟以及理论分析结果的对比, 本次数值模拟基本上反映了多煤层开采时采动岩体的动态发展过程, SFPA2D系统可以作为模拟采动覆岩破坏过程的一种新方法。     

多煤层开采进岩层垮落过程的数值模拟

运用自行开发的岩层破断过程分析（SFPA^2D）系统模拟了多煤层开采时岩层的垮落过程。数值模拟结果表明,虽然上部煤柱的存在改变了上覆岩层结构,但岩层的震落仍具有明显的周期性,地表的水平移动和垂直下沉仍具有明显的对称性;当垮落带高度达到上部煤柱后,可能出现大面积的垮落,产生较大的次生来压现象,从而影响下部长壁工作面的安全。通过和相似材料以及理论分析结果的对比,本次数值模拟基本上反映了多煤层开采时采动岩体的动态发展过程,SFPA^2D系统可以为模拟采动覆岩破坏过程的一种新方法。     

保护煤层开采引起覆岩垮落及其被保护煤层透气性变化的数值模拟

在充分考虑到岩石的非均匀性、存在的节理、裂隙等基础上，运用岩石破裂过程分析系统（RFPA），进行由于深部煤层（保护层）开采诱发的上覆岩层垮落过程及被保护煤层透气性系数变化的数值模拟。模拟结果较好地展示在开采保护煤层过程中覆岩节理、裂隙的发育、顶板的垮落以及被保护煤层的弯曲、变形和透气性系数的变化过程，反映出岩层移动的三带特征：垮落带、断裂带、整体弯曲下沉带以及这三带演化的动态过程。从破坏点空间分布中可以看出岩层破坏的逐层传递性。文中阐明被保护煤层在保护煤层开采期间的应力场与透气性变化之间的联系。     

岩石三维破裂过程的数值模拟研究

采用细观弹性损伤模型和有限元计算方法实现岩石三维破裂过程的数值模拟。考虑到岩石非均匀性的本质特征，通过引入简单直观的单元本构模型，采用细观单元材料性质退化的办法，利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过干旱；模拟单轴压缩、单轴拉伸和剪切破裂3种基本试验，得到岩石非线性应力-应变曲线和不同载荷阶段三维损伤破裂演化系列图像；分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。试验研究表明，三维破裂比二维破裂更为复杂，RFPA^3D可以有效地模拟脆性材料的三维破裂。     

土岩组合双排吊脚桩桩锚支护基坑变形数值分析

 随着基坑开挖方式、深度及工程地质状况的不同,出现了很多特殊形式的深基坑支护结构。在土岩二元结构地层条件下,双排吊脚桩桩锚支护方式的设计与施工经验很少。针对这种支护方式的设计与施工,以青岛市凯悦深基坑为例,对其进行变形及安全稳定性分析,利用Plaxis有限元软件模拟基坑开挖过程,并结合现场监测资料进行对比分析。结果表明：双排吊脚桩桩锚支护体系具有较大刚度,能够有效控制基坑变形及桩体位移,基坑位移主要发生在土体深度范围内。研究可以为此类支护结构设计的优化提供理论依据。     

覆岩离层变形力学机理数值模拟研究

以研究覆岩离层受力状态及其发生机理为目的，采用RFPA岩石破裂分析系统，模拟研究位于采动后形成的压力平衡拱内岩层水平应力、垂直应力、剪应力集中位置及与初始应力的倍数关系，为覆岩离层产生位置、离层大小等研究和确定提供了重要的理论基础。     

层状岩体中洞室围岩层裂及破坏的数值模拟研究

非均质性是岩石类材料的基本特性,均质度的不同使得岩石表现出不同的力学特性和失效特征。基于RFPA?8程序,对层状岩体中洞室围岩的层裂及破坏进行了数值模拟,得到了层裂结构的层裂板厚度。同时,研究结果表明,对于岩石材料,其均质度对受压岩体内裂纹的演化具有重要意义。对于不同均质度范围,洞室围岩将表现出较高均质度的层裂破坏或较低均质度的局部弱化失效两种特点。     

岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析

岩质边坡的稳定性主要由其结构面控制，采用有限元强度折减法对岩质边坡破坏机制进行了数值模拟分析。计算表明，破坏“自然地”发生在岩体抗剪强度不能承受其受到的剪切应力的地带。分析表明，根据塑性力学破坏原理，采用有限元强度折减法有助于对岩质边坡破坏机制的理解。算例表明了此法的可行性。