三峡工程地下厂房围岩稳定性研究

三峡工程地下厂房围岩稳定性问题是地下厂房主要的岩石力学问题。以地下厂房岩石力学试验及地应力测试结果为基本资料,采用有限元数值计算、工程岩体分级、围岩块体分析等分析手段,对地下厂房围岩稳定性问题进行了研究,并对围岩稳定性及必要的支护措施进行了讨论。     

锦屏地下厂房围岩岩体结构分析

岩体结构特征是影响水电站地下厂房围岩稳定性的因素之一,其研究工作也是评价硐室稳定性的基础.通过对地下厂房上下游边墙的现场调查及编录资料,运用DIPS等软件进行分析,旨在找出研究区的岩体结构特征,为研究地下硐室围岩的稳定性提供帮助.     

江口水电站地下厂房围岩稳定性研究

重庆市芙蓉江江口水电站采用引水式地下厂房,是由许多建筑物组成复杂的地下空间结构,主厂房布置于左岸山体内,因此地下洞室稳定是整修工程建设的关键技术问题之一.电站地下洞室围岩以厚层灰岩、白云岩为主,夹少量页岩.洞室地应力以构造应力为主,其最大主应力方向与厂房轴线方向近垂直.根据地应力及山体地形地质条件,采用三维弹塑性有限元分析方法进行分析,拟合回归出计算模型所需的三维初始应力场,并模拟开挖及支护方案,计算得出洞室周边塑性变形区、应力分布及位移.并进行了稳定分析,采用支护措施后地下洞室塑性变形开裂范围和位移及洞周应力均有减少,使室洞围岩稳定是有保证的.     

地下厂房围岩变形特征分析

作为一种非连续介质,岩体的变形行为与连续介质存在较大差异。以施工期变形监测资料为基础,结合地质和施工资料,对地下厂房的围岩变形特征及其机制进行分析。围岩变形的空间分布受结构面控制作用明显,不论在水平方向、垂直方向,还是在钻孔深度方向,由于结构面的存在变形均可能出现分异现象;邻近洞室开挖对围岩变形的影响较为复杂,距离越近影响越大的一般性规律不一定成立;围岩的变形主要由控制性结构面的"张开位移"构成,"张开位移"占全部变形的84%～92%。围岩的上述变形特征揭示了基于连续介质力学的数值方法的局限性,因此加强离散类数值方法(DDA等)在岩体宏观变形模拟方面的应用研究是一个值得深入探索的课题。     

岩体结构对大型地下挖掘稳定性的控制作用

岩体结构是地质年代形成和变动的结果.它反映了裂隙的密度并控制大型地下挖掘工程顶部岩体的力学性能.文章以溪洛渡水电站地下工程为例,根据断裂分布情况的研究对岩体进行分类.采用结构力学方法和UNWEDGE程序讨论了单个裂隙,成组裂隙和岩石碎块情况下顶部的稳定性来得到临界稳定厚度和可能失稳岩决的特点,可以为挖掘和支撑工作提供有益的指导.     

关键块体理论在百色水利枢纽地下厂房岩体稳定性分析中的应用

介绍了关键块体理论的工程应用技术，包括不定位块体分析、定位块体分析、随机块体分析、块体形态分析与显示、块体稳定性分析及支护措施建议等。在不定位块体分析中，根据节理平均长度假定块体的最大边长，分析块体几何形态特征，进行洞室内最大块体形态分析与显示，由此确定在支护中需要针对性考虑的关键块体，再根据块体几何特征与结构面抗剪强度，分析块体稳定性及所需的锚固力；在定位块体分析中，通过调查实际结构面出露情况，分析块体的实际形态，包括凹形块体的形态，并进行稳定性分析与支护设计校核；在随机块体分析中，随机生成结构面网络并进行随机块体搜索。在这套工程分析技术研究中，发展了一些新技术，如假定块体最大边长分析块体形态、凹形块体形态分析与显示、块体稳定性分析与锚固支护建议等。     

地下厂房围岩松动圈声波拟合及监测反馈分析

 在对锦屏一级水电站和溪洛渡水电站地下厂房围岩大量声波波速–深度曲线及其曲线拟合的基础上,将声波波速–深度曲线分成5类;利用经典的波速–弹性模量关系式将地下厂房围岩深度与弹性模量联系起来,对开挖后的洞壁岩体松弛现象和弹性模量下降的规律进行评价,提出洞周松动圈深度拟合公式。将提出的松动圈拟合公式应用于地下厂房围岩监测反馈分析和超前预报,分析成果比传统弹塑性理论更符合围岩实际变形规律。研究结果为围岩变形稳定分析和开挖反馈分析提供理论基础。     

大型地下洞室围岩稳定性的岩体结构控制效应研究

大型地下洞室围岩稳定性问题突出表现为大跨度、高边墙的巨大开挖面与岩体结构面组合而产生的围岩块体稳定性问题以及岩体结构对围岩变形破坏的控制和变形量预测问题.本文以三峡水电工程地下厂房为实例,通过大量的现场调查和实验及模拟分析,开展了大型地下洞室围岩稳定性评价中的岩体结构控制效应研究,重点是岩体结构对岩体质量及其宏观力学特性的控制效应.研究中以结构面网络模拟的结果为基础,以模糊信息优化技术、拉格朗日有限差分法、分形几何、损伤力学等技术、方法、理论为手段,初步解决了大型地下洞室的不同具体工程部位岩体质量及其岩体宏观力学参数的评价问题,为工程实践中这类问题的解决探索了一条新途径.论文主要内容包括以下几个方面:博士学位论文(1) 应用系统工程层次性理论,确定地下厂房区岩体结构面的分类原则和描述体系,通过对厂房区岩体结构面的系统调查、分类、统计研究,建立厂房区岩体结构面的确定性层次模型和统计模型.(2) 系统研究厂房区宏观贯通性结构面的工程地质特性及其工程控制效应,确定地下厂房中由控制性结构面和开挖面组合所产生的大型几何可移动块体的空间分布、规模、稳定状态及因素敏感性.(3) 通过对短小、断续性结构面统计特征的研究,将地下厂房区划分为5个岩体结构统计均质区,应用结构面网络模拟技术,研究各个岩体结构均质区结构面的发育分布特征,并以此作为岩体质量及其宏观力学特性研究的基础.(4) 在结构面网络模拟计算结果的基础上,应用模糊信息优化技术研究了厂房区各个岩体结构分区的岩体质量并与岩体基本质量指标[BQ]研究法、岩体质量指标RQD值研究法作了对比,结果表明以结构面网络模拟结果为基础,应用模糊信息优化技术进行岩体质量评价能够取得很好的效果.(5) 通过对已有的现场大型岩体变形试验结果的分析及相应试验点岩体结构分形特征的研究,建立了结构面分布的分形维数和岩体变形指标间的相关关系,并应用这种相关关系根据结构面网络模拟及分形维数计算结果确定缺少试验结果的地下厂房各具体工程部位的岩体变形指标而且应用于围岩稳定性计算.(6) 通过应用拉格朗日差分法对岩体强度指标的数值分析并与按连通率加权平均计算法及现场实验结果对比表明:模拟岩体力学实验与现场实验相结合可以简便易行地达到评价复杂岩体不同具体工程部位岩体强度参数的目的;按连通率加权平均计算法在考虑合理的折减系数情况下,可以简单快速地对缺少现场大型试验结果的具体工程部位实现岩体强度指标的估计.在此基础上研究了地下厂房各个岩体结构分区的围岩强度参数并应用于稳定性计算.(7) 通过结构面网络分形维数的研究,应用分形损伤耦合分析方法,研究了厂房区岩体的损伤特征,并引入"损伤度”的概念,建立了基于岩体损伤特征的岩体质量评价指标体系.(8) 分别应用二维及三维有限元数值模拟技术,研究了主厂房开挖后围岩二次应力场重分布的规律及岩体的变形破坏特征,从而对厂房开挖后围岩稳定性状况得出了明晰的认识.     

岩体分级方法在水布垭地下厂房工程中的应用

以国家标准《工程岩体分级标准》为主，Q系统分类、RMR地质力学分类方法为辅，对清江水布垭水利枢纽地下厂房岩体进行了质量分级，使这些分级方法在沉积岩中得到了应用，同时，建立了国标分级结果与支护方式之间的关系。     

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。     

两河口地下厂房轴线方位选择与围岩稳定分析

两河口水电站地下厂房地质条件复杂,属于高地应力区,加之受进、出水口布置的限制,其洞轴线选择是一个难点。笔者采用三维非线性有限元方法,对两河口地下厂房N3°E和N7°W两个轴线方案展开平行分析。模拟加固措施和实际开挖过程,对两个方案的地下厂房洞室群围岩应力应变特征和稳定性进行分析评价。分析表明:与N7°W轴线方案相比,N3°E轴线方案较好的规避了地应力释放,可以显著限制变形和塑性区发展,建议采用N3°E方案。     

地震载荷作用下地下厂房围岩稳定性分析

探讨了非连续变形分析方法(DDA)动力学算法中阻尼条件施加方法,并针对具体实际问题采用速度阈值控制的复合阻尼方法提高了计算效率。以某水电工程地下主厂房为例,采用改进后非连续变形分析方法对汶川地震载荷作用下节理围岩和洞室开挖过程中锚杆的锚固作用及对边墙稳定性的影响进行研究,重点对比分析了地震载荷下洞室围岩在有无锚固条件对于拱顶、边墙和节理位移变形位移的影响。研究表明,锚杆的锚固作用对地震载荷和高应力条件下地下厂房开挖过程中洞室围岩的变形和稳定性起着关键性的作用。     

大型地下厂房洞室群施工期围岩变形分析

瀑布沟水电站地下厂房洞室群规模大,地质条件复杂,水平构造应力高,施工期围岩的变形及稳定问题突出。结合弹塑性有限元方法和围岩变形监测资料综合分析了地下厂房洞室群施工期围岩的变形特征及稳定性。结果表明:主厂房围岩变形最大,尾水闸门室变形次之,主变室变形最小,厂房上下游边墙位移随着厂房下挖逐级增大,在厂房中部下游边墙岩锚梁高程部位处实测最大位移为107 mm;厂房边墙位移在墙顶和墙底较小,墙中部较大,上游边墙位移总体大于下游边墙;厂房拱顶径向位移总体上很小,上、下游边墙在两端的副厂房和安装间变形较小,中部变形较大;数值计算结果和变形监测资料有较好的一致性,围岩变形受施工程序和地质条件的影响较大。     

AOSVR在地下厂房围岩变形预测中的应用

针对目前广泛使用的模糊系统和神经网络预测方法在地下结构围岩变形预测中的缺陷,提出一种精确在线支持向量机(AOSVR)并将其应用到水电站地下厂房开挖过程中顶拱围岩的变形预测.通过与其他预测方法的比较,可以发现精确在线支持向量机有很强的学习能力和很高的预测精度.     

地下厂房围岩块体稳定分析及支护优化研究

目前支护优化分析大多数采用有限元进行计算,但有限元将围岩视为均匀介质,其计算结果很难符合以围岩等级为标准的支护设计要求.本文基于块体理论的支护优化分析,充分考虑了围岩中断层、岩脉和节理相对位置,通过块体分析软件(Unwedge)综合评价定位、半定位和随机块体的几何特征、滑动机理和稳定性状.进一步比较了不同支护方案的支护...     

西南某水电站地下厂房围岩稳定性分析

采用地下厂房高边墙一个关键点位移的预测方法得出高边墙关键点的位移,并以弹塑性位移相对比值判别法作为围岩稳定性的判据,再分别讨论计算顶拱围岩在有塑性区和无塑性区情况下顶拱的临界沉降量,对西南某水电站地下厂房洞室围岩整体稳定性进行研究和评价。监测数据显示顶拱的位移近似呈阶梯式上升,自09/01/01以后基本保持平稳没有大幅度上升的趋势,围岩的位移值小于计算的临界位移值,与本文分析结果相符合。根据收集的地质素描资料对顶拱和边墙出现的结构面组合切割形成的失稳块体进行稳定性分析计算,对于不稳定的块体进行及时的支护,保证厂房围岩的局部稳定。     

水电站地下厂房安装间的块体稳定性分析

基于地质勘查资料,首先运用赤平极射投影方法定性评价了某水电站地下厂房安装间的稳定性,表明其边墙、端墙和顶拱存在局部失稳问题;然后利用块体理论,将块体分为定位块体、半定位块体与随机块体,仅考虑由三组结构面与开挖面形成的楔形块体,对安装间中存在的三大类块体进行了定量统计,统计结果表明安装间顶拱部位可能发育很大的定位块体、半定位块体和随机块体,且均从顶拱直接坠落,所有安全系数小于2的半定位块体和随机块体均分布在顶拱。     

多因素综合模糊评判法在地下建筑围岩稳定性评价中的应用

针对地下洞室群工程的特殊性,对地下工程稳定性判据进行总结分析,通过对已有判据进行改进,以位移判据为主,结合其他判据,定义了地下工程稳定性判别指标"SI",以此来表示洞室围岩稳定性的级别。采用层次分析法对影响洞室稳定的因素进行权重分析,得出两级层次权重;在地下洞室群稳定性评价中应用多因素模糊综合评判法,考察当洞室群稳定影响因素变化时,利用已有的数值模拟方法对在建或已建的工程进行各种工况的数值模拟分析,得到各种情况下的风险失稳指标"SI",组成模糊隶属数据库,然后结合相应的权重矩阵,得到输出判断向量;最后根据最大隶属度原则,利用模糊级别描述出洞室群的稳定性等级。