锦屏二级水电站大理岩拉张型板裂化破坏研究

以锦屏二级水电站隧洞完整大理岩拉张型板裂化破坏的两种形式,即拉张型板裂化岩爆和拉张型板裂化片帮为研究对象,给出其发生发展全阶段的破坏机理,包括从断裂力学的角度解释拉张型破裂面的产生及拉张型板裂化岩爆和拉张型板裂化片帮各自发展至破坏的机制。为深入研究拉张型板裂化岩爆,还使用FLAC3D有限差分数值分析软件对岩板积聚能量过程进行模拟研究。     

考虑温度效应时深埋洞室围岩变形特性

选取锦屏二级水电站引水隧洞围岩大理岩作为试样,进行不同温度条件下的单轴压缩试验,分析温度作用对大理岩弹性模量、泊松比等力学参数的影响。根据岩石热传导理论,在一定的简化假设条件下,建立了深埋洞室围岩体稳态温度场模型,得出温度应力和原岩应力耦合作用下深埋洞室围岩体应力场解析解,并探讨了温度作用对深埋洞室围岩体稳定性的影响。     

锦屏二级水电站深埋大理岩破裂扩展的时间效应

针对在锦屏二级水电站引水隧洞中出现的大理岩滞后破裂现象,采用试验、监测、理论分析等手段综合分析了此现象的内在机理。锦屏二级引水隧洞的最大埋深2525 m,应力和岩体强度之间的矛盾尖锐,埋深的变化导致属于脆性岩石的大理岩也出现了破裂扩展的现象。借助室内压缩试验确定破裂为大理岩的主要开挖响应方式,现场布置的锚杆应力计测量结果及声波测试结果都表明深埋大理岩存在破裂随时间扩展的特点;采用基于应力腐蚀理论开发的应力腐蚀模型PSC可以很好地模拟这一现象。     

基于线弹性断裂力学的深埋水工隧洞水力劈裂分析

我国西部地区水电站多位于高山峡谷地区,水工隧洞常被深埋于地下水位以下的位置,导致水工隧洞常出现水力劈裂现象.本文采用线弹性断裂力学分析方法从深部围岩裂纹扩展入手,建立深埋水工隧洞围岩力学模型,分析深埋水工隧洞的水力劈裂现象;在计算过程中同时考虑高地应力和高渗透压力两种情况,并引入广义临界水压力,导出广义临界水压力在拉剪...     

大理岩泥夹层剪切蠕变特性研究

针对锦屏二级水电站地下洞室群围岩含有大量节理面的实际情况,采用岩石剪切蠕变仪,对组成锦屏二级水电站地下洞室围岩的主要岩石之一大理岩,进行了大理岩泥夹层结构面剪切蠕变试验。结果表明:在正应力恒定情况下,当剪应力水平较低时,蠕变曲线出现衰减蠕变和稳态蠕变;当剪应力水平较高,大于其蠕变长期强度时,蠕变曲线出现衰减、稳态和加速蠕变3个阶段;大理岩泥夹层在整个剪切蠕变过程中,平均剪切蠕变速率与剪应力呈线性关系,稳态蠕变速率与剪应力呈指数关系;与瞬时剪切强度相比,长期强度有所降低,黏聚力对剪切蠕变的影响比摩擦系数要大;随着时间的延长,剪切蠕变模量经历了从衰减到逐渐稳定的过程。     

深埋隧洞连续爆破开挖围岩应力演化规律

针对高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖过程,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件模拟分析了围岩应力演化规律。通过对比分析准静态地应力重分布、地应力重分布与爆破荷载耦合作用2种工况,获得了高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖推进过程中的围岩应力演化规律及影响因素:深埋隧洞围岩主要表现为高地应力作用下的剪切破坏,隧洞连续爆破开挖卸荷过程中地应力重分布是洞壁远区围岩应力场改变的主要原因,炸药爆炸产生的爆破荷载只对炮孔附近的围岩应力产生影响,使炮孔附近围岩产生爆破张拉损坏。就本算例而言,连续爆破开挖卸荷只对掌子面后方约4 m范围内围岩产生影响,连续2个循环进尺后隧洞围岩应力场基本趋于稳定。     

深埋隧洞围岩高应力损伤破坏机理探讨

与常规应力条件相比,深埋隧洞围岩表现出的力学行为特点显著不同。结合锦屏二级水电站深埋引水隧洞开挖过程中普遍出现的围岩损伤破损现象,针对不同部位围岩应力变化路径,探讨了岩体松弛破坏以及应力集中引起的片帮破坏和岩爆破坏的应力变化特征,并采用数值方法再现了脆性围岩"V"形破坏模式和局部性特征。此外,还对围岩损伤破坏中的尺寸效应和应力路径效应问题进行了探讨。     

深埋隧洞岩爆成因机理分析与防治研究

岩爆是围岩处在高应力场条件下产生岩片飞射抛撒以及洞壁出现片状剥落的现象。岩爆是地下工程的一种特殊现象,但是国内外对岩爆的研究还尚需深入了解。通过对锦屏二级水电站深埋隧洞的研究,了解高地应力条件下隧道在施工开挖过程中的岩爆机理、岩爆治理措施,通过FLAC[3D]软件模拟出隧洞的主应力,进而通过数值分析判断是否发生岩爆。更多还原     

基于声发射技术的岩石破坏模式分析研究

为研究岩石各变形阶段裂纹扩展形式,利用声发射特征参数分布规律判别单轴压缩试验条件下3类岩石整体及4个变形阶段破坏裂纹模式。结果显示,黄砂岩和细粒大理岩呈现出低AF、高RA值分布特点和峰值频率主要集中分布在0～100 kHz的规律,整体以剪切型裂纹破坏为主,且各阶段都以剪切型破坏为主要裂纹扩张形式;细粒花岗岩则随着应力的增大,裂纹扩张形式从拉伸型转向拉-剪复合型裂纹,最终以拉伸裂纹破坏为主。此外,岩石裂纹非稳定发展阶段声发射信号特征对岩石整体声发射信号特征起决定性作用。     

深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测

为能更好地反映深埋隧洞岩爆的脆性破坏特征,在岩爆的数值模拟中采用了一个复合破坏准则弹脆塑性本构模型,并结合锦屏二级水电站辅助洞工程,综合运用各种判据和方法建立岩爆的预测体系,对开挖过程中岩爆的发生情况进行了预测,判定在洞肩和洞底角点处发生岩爆可能性较大,这与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际发生情况基本一致。对岩爆的预测具有一定的参考价值。     

基于岩体开挖卸荷效应的岩爆机理研究

针对锦屏二级水电站深埋引水隧洞开挖卸荷引发的岩爆问题,通过数值模拟研究了洞壁围岩卸荷范围和卸荷程度对岩爆的影响效应。研究结果表明:随着围岩卸荷范围和卸荷程度的增大,潜在的岩爆动力源区逐步向围岩深部转移,发生岩爆的可能性进一步减小。相比较而言,围岩的卸荷程度比围岩的卸荷范围对岩爆的影响效果更为显著。研究成果为深部地下工程岩爆防治提供了理论依据。     

深埋隧洞施工期围岩变形与应力分析及稳定性评价

通过现场原位多种监测仪器的预埋对大直径TBM法和钻爆法开挖的洞段进行监测,综合分析围岩变形及应力监测成果,深入剖析深埋脆性大理岩在开挖过程中围岩变形及应力调整的特征,把握TBM法和钻爆法两种不同施工方法在不同围岩类别条件下引起的围岩松弛深度及围岩破坏特性,对进一步了解深埋脆性大理岩的物理特性和洞室开挖围岩响应规律具有重要意义。     

锦屏二级水电站引水隧洞钻爆法开挖技术

高埋深产生高地应力,高地应力除引发岩体脆性变形发生局部坍塌、大面积垮塌等现象外,在完整围岩洞段易产生形式为剥落、松脱、弹射的岩爆,是岩体破坏的主要原因.本文基于锦屏二级水电站引水隧洞的爆破开挖方式及钻爆参数的不断优化,达到了引水隧洞安全、快速掘进的目的,获得了高埋深、大洞径隧洞各类围岩特别是软岩、断层破碎带、岩爆洞段的...     

深埋大理岩三轴加卸荷过程能量演化特征

为研究深埋大理岩加卸荷全过程的变形破坏特征,利用MTS岩石力学试验系统对锦屏深埋大理岩试样开展25、50、80 MPa 3种不同初始围压和0.01、0.1、1.0 MPa/s 3种不同卸荷速率的三轴加卸荷试验,引入能量转化参数以更好地表征峰前及峰后能量转化特征,并据此构建基于耗散能的损伤模型,深入探索大理岩加卸载破坏全过程的损伤演化状态。结果表明：大理岩在卸荷段前主要以弹性能的累积为主,卸荷开始后耗散能占主导地位。峰前卸荷过程中U_d耗散速率>U₃消散速率>U_e储存速率,与常规三轴加载相比,大理岩在峰前卸荷段的应变能转化速率大得多。峰后应力跌落段各应变能转化速率明显较峰前卸荷段大,表明峰后大理岩环向扩容加剧,弹性能在峰后快速释放。随着初始围压、卸荷速率的增大,大理岩由张拉-剪切破坏转变为以剪切破坏为主,峰后耗散能的耗散速率越快,则大理岩剪切破裂性质愈明显、脆性破坏越强、破坏程度越小。高围压可能会抑制岩石的损伤累积扩展,而高卸荷速率下大理岩试样内部裂纹扩展不充分导致其发生破裂时损伤曲线急剧上升。     

锦屏二级水电站地下厂房下游拱肩开裂与中隔墙锚索破坏原因分析及处理措施

针对锦屏二级水电站地下厂房开挖支护中后期,下游拱肩开裂、外鼓、剥落及混凝土浇筑期间中隔墙锚索破坏问题,分析其原因,认为是与洞轴线成小夹角的层状陡倾角岩体受该部位强烈集中的高地应力影响和中隔墙岩体三向卸荷变形影响有关。为此,对地下厂房和主变洞下游拱肩开裂部位采用表层、浅层和深层喷锚支护措施进行综合处理,对中隔墙岩体进行低压固结灌浆。实施后,效果好,有效地保证了围岩稳定与厂房安全。     

高地应力钻孔岩心饼裂特征研究

对锦屏深部高地应力环境下的钻孔岩心饼化现象进行了调查统计分析,在总结已有的研究成果基础上,对岩饼端面宏观破坏特征、饼化数量、厚度及钻孔特征进行了描述,通过数值方法模拟开展了钻孔岩心应力特征及饼化机理研究,并总结钻孔岩心饼化的应力场条件。研究结果表明:①钻孔过程中,岩心径向所形成的拉应力贯通区是岩心饼裂的主导因素,岩饼形貌受岩心中拉应力影响;②足够的应力场是岩心饼化的首要条件,应力场越高,钻孔岩心中拉应力越大,岩心裂纹触发与扩展的应力条件更加充分,所形成的岩饼厚度越小;③钻孔径向应力场增长对钻孔岩心内部拉应力有促进作用,钻孔轴向应力场作用效果相反;④定义了岩心中最大拉应力贯通线均值,与岩石抗拉强度相比较作为岩心饼裂判据,推导了岩心饼裂地应力场关系式,并算得锦屏T_2b大理岩饼化的临界地应力场条件为钻孔径向应力场>34.44 MPa。研究成果对高应力条件下地应力场的预测、钻孔取心等工作具有一定的借鉴意义。     

压力隧洞洞壁裂纹应力强度因子影响研究

将衬砌和洞周岩体视为均质线弹性体,建立压力隧洞洞壁裂纹应力强度因子计算模型,研究不同内水压力、洞周地应力、裂纹长度和裂纹位置对洞壁裂纹应力强度因子的影响规律,并分析裂纹内水压的劈裂效应。结果表明:裂纹内水压作用可以使洞壁裂纹的失稳模式由压剪破坏转变为拉剪失稳,水力劈裂效应明显。在相同的地应力、长度和位置条件下,内水压力越大,裂纹越易发生拉剪失稳。在相同的内水压力、长度和位置条件下,侧压力系数很小或很大时,裂纹均易发生失稳破坏。在相同的内水压力和地应力条件下,裂纹越长,越易发生失稳破坏;裂纹与最小主应力方向的夹角越小,越易发生压剪失稳,裂纹与最小主应力方向的夹角越大,越易发生拉剪失稳。     

锦屏二级水电站3~#引水隧洞围岩变形二次加固技术

<正>1概况锦屏二级水电站3#引水隧洞引(3)1+645~1+705洞段围岩为灰绿色绿泥石片岩和大理岩互层,绿泥石片岩厚度为3~20 cm不等,局部厚度达到2~3 m。开挖后,系统支护紧跟掌子面,保证围岩暂时趋于稳定,没有发生大的塌方事故,但伴随着应力的逐步释放,围岩开始蠕变,喷射混凝土表面出现裂缝、脱落现象。2009年1月至6月中旬安全监测人员在3#引水隧洞日常观测和巡视检查工作时     

一种新的非线性粘弹塑性流变模型

根据岩石蠕变条件下裂纹扩展特性,在前人研究的基础上建立了一个能反映加速蠕变阶段的非线性粘弹塑性流变模型,该模型能描述蠕变变形的3个阶段,即初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。结合锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞板岩剪切流变试验结果,通过编写变尺度法(DFP)算法,辨识流变模型参数,结果表明作者提出的非线性粘弹塑性流变模型是正确的。     

加卸荷条件下大理岩变形特征及能量演化

为揭示深埋大理岩在不同应力路径下的变形特征和能量演化特征,基于大理岩的常规三轴试验和卸荷三轴试验,分析了大理岩变形破坏过程中变形和能量演化的围压效应和应力路径影响。结果表明:大理岩在加卸荷条件下均表现出显著的围压效应;卸荷条件下大理岩的损伤扩容应力阈值和峰值强度较加载条件下的低;加载应力路径下能量耗散阶段占比更大,卸荷应力路径下能量聚集阶段占比更大;加卸荷条件下损伤扩容点对应的总能量和弹性应变能与围压具有良好的线性关系;针对峰值应力对应的总能量、弹性应变能及耗散能,加载应力路径下其均与围压具有正线性关系,而卸荷应力路径下均与围压成指数关系。基于以上结论,提出了确定大理岩破坏点的定量方法,结合应力-应变关系曲线,有效地解决了高围压作用下大理岩破坏点难以确定的问题,为深埋洞室围岩的稳定性分析提供依据。