层状岩体开挖的空间弹性偶应力理论分析

考虑了层状岩体的弯曲效应 ,采用空间弹性偶应力理论对层状 (节理 )岩体开挖试验进行模拟 ,并与试验结果进行了对比分析     

层状岩体强度异向性地下洞室的有限元分析

对于层状岩体,在有限元方法中有将其当成横观各向同性的连续介质进行计算,因为层状岩体在平行与垂直层面的方向上具有不同的强度特性,故进行非线性人地岩体强度的异向性必须考虑,根据作者研制了一个可以处理层状岩体强度异向性的弹塑性及无拉分析平面有限元程序,并举例进行了计算和结果分析,得出了相应的认识。     

偶应力对含充填层状岩体边界层效应的影响

 传统的连续介质理论本构关系没有考虑材料微结构的影响。岩石材料的微结构尺度一般在毫米量级以上,并且在高应变梯度情况下,层状岩体的弯曲变形非常显著。采用偶应力理论和有限单元法,对含充填层状岩体结构面边界层效应进行研究,并对经典理论和偶应力理论的结果进行对比。结果表明：考虑偶应力后,尺度效应明显。层状岩体结构面边界层内应力、应变的绝对值均有所减小;层状岩体结构面边界层内剪应变出现一个过渡区域,剪应变突变有所改善,但剪应力却不再连续。特征长度影响过渡区域大小,第二剪切模量、泊松比、弹性模量不改变过渡区域大小。     

层状岩体的力学特性及数值模拟分析

本文在分析层状岩体力学特征的基础上，研究了层状岩体的数值模拟方法，并结合算例，分析了洞室开挖后岩体的变形特征。研究表明，层状岩体的力学特性因层面与主应力夹角的变化而变化，采用弹塑性接触面单元可较好地模拟层面的变形特性，层面的存在很大程度上影响洞室围岩次生应力的分布，使得洞室变形增大并且具有明显的不对称性。     

急倾斜层状岩体中巨型地下洞室群开挖施工理论与优化研究

洞室群的开挖顺序和支护是影响洞室稳定性的重要因素。应用三维断裂损伤有限元法和施工过程力学的基本原理，研究龙滩电站急倾斜岩层中开挖大型地下洞室群的稳定性及最优的施工方案，根据围岩的破损区及位移场的变化规律，提出了较优的开挖施工方案。其计算方法和一些结论可为国内的相关工程设计和建设提供借鉴。     

层状岩体强度异向性地下洞室的有限元分析

对于层状岩体,在有限元方法中可将其当成横观各向同性的连续介质进行计算。因为层状岩体在平行与垂直层面的方向上具有不同的强度特性,故进行非线性分析时岩体强度的异向性必须考虑。据此作者研制了一个可以处理层状岩体强度异向性的弹塑性及无拉分析的平面有限元程序,并举例进行了计算和结果分析,得出了相应的认识     

考虑层状岩体强度异向性的地下洞室平面有限元分析

由于层状岩体在平行和垂直层面的方向上具有不同的强度特性,故进行非线性分析时必须考虑岩体强度的异向性。据此,笔者研制了一个可以处理层状岩体强度异向性的弹塑性及无拉分析的平面有限元程序,并举例进行了计算和结果分析,得到了一些有益的认识。     

基于层状岩体卸荷演化的锦屏I级地下厂房洞室群稳定性与调控

 锦屏I级水电站地下厂房洞室群开挖支护设计与施工控制以及整体稳定性等问题十分突出,施工期已经明显呈现出高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏特征。根据锦屏I级地下厂房层状岩体力学特性,采用考虑卸荷演化的层状岩体本构模型及其数值模拟方法,反演获得初始地应力场以及层状岩体力学参数。在此基础上,对锦屏I级地下厂房洞室群进行三维数值模拟分析,获得一些对高应力下锦屏I级水电站大型地下洞室群施工期围岩稳定与支护安全等方面的认识,提出洞室群围岩应力释放调控、松弛区承载力调控以及变形开裂调控等适时工程调控措施与建议。研究结果表明,洞室群整体开挖完成后的现场监测结果和围岩稳定现状等证实了所提出的认识和调控措施的合理性,表明层状岩体本构模型及其数值模拟分析方法能够较好地反映高应力下层状岩体中大型地下洞室群施工期的工作性状。     

陡倾角岩体地下洞室的位移和锚杆应力特性

通过龙滩水电站地下厂房大量的原型监测数据,研究陡倾角层状岩体大型地下洞室的位移特性、锚杆应力特性以及它们的变化规律,并分析了对围岩位移和锚杆应力的影响因素。     

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。     

Cosserat理论在互层岩体洞室有限元分析中的应用

Cosserat理论考虑了偶应力对介质变形特性的影响,能反映出层状材料的弯曲变形。首先对基于平面应变问题的偶应力理论及扩展模型简略介绍,然后导出了模型的Mohr-Coulomb塑性屈服条件。再利用Matlab平台编制这种模型的有限元程序,并对地下洞室工程进行数值模拟验证程序的有效性。结果表明:Cosserat介质扩展模型与参数混合法互补是解决互层岩体问题的有效方法之一。     

日本地下石油储藏的岩体特征分析

日本岛是环太平洋地区的一部分,位于欧亚板块、太平洋板块和菲律宾三大板块的交接处.在这一复杂的地质构造区域,一些欧洲的地质学家十分怀疑是否能在这种"脆弱的"地层中布置大规模、长距离的隧道进行石油储藏,但是,储藏量达500万kl的串木野、菊间、久慈三个大型地下石油储备基地的成功运行,证明了在日本这样"脆弱的"地层中储藏石油是可行的.由于我国东部沿海地区与日本岛在地层和地质特征方面具有相似性,因此分析日本地下石油储藏的岩体地质条件,对我国目前正在该区域进行的地下石油储藏具有重要的指导意义.     

海岛地下水封洞库围岩稳定性及水封可靠性研究

为提高我国的石油储备量及海岛资源利用率,在海岛环境建造地下水封油库成为了一种新的思路。海岛环境相比于内陆具有更好的水力条件,且可作为港口,便于油品运输。以某海岛地下水封油库为依托,基于流固耦合理论,采用有限元数值模拟方法对海岛环境建造地下水封洞库的围岩稳定性和水封可靠性进行研究。结果表明:在海岛环境建造地下水封洞库围岩的应力和位移均较小,可以满足围岩稳定性要求;在不设置水幕系统情况下,开挖地下洞库会在洞库上方形成明显的降落漏斗,部分洞库顶部甚至发生疏干现象,无法满足水封可靠性要求;在设置水幕系统后,地下洞库上方可形成较大厚度的地下水覆盖层,可以满足水封可靠性要求。该成果对在海岛环境下建造地下水封洞库的研究具有借鉴意义。     

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。     

Numerical analysis of Shiobara hydropower cavern using practical equivalent approach

Three-dimensional (3D) numerical simulation of Shiobara hydropower cavern was attempted with the developed practical equivalent approach. This simple equivalent approach integrates the effect of joints and corresponding nonlinearity in the rock and predicts its deformation behaviour. The model requires minimum inputs from field or laboratory tests and is efficient to capture the nonlinear stress–strain responses associated with the jointed rock mass. In this study, the applicability of the model was demonstrated with the 3D analysis of Shiobara hydropower cavern. The numerical results were also compared with those of six other computational models to analyse the same cavern. The 3D modelling of powerhouse cavern shows that the present approach, though simple, can be applied to large-scale field problems. The model can precisely predict the deformation values well, and this study confirmed the effectiveness of the approach for simulation of underground structures in jointed rocks.     

三峡库区层状岩体高切坡的工程防护研究

根据三峡库区层状岩体高切坡的特性及分布,提出了层状岩体高切坡存在的四种主要破坏模式,即坡面风化剥蚀、坡脚侵蚀、顺向滑移、崩塌掉块。根据这四种不同的破坏模式,提出了相应的防护措施,对于三峡库区高切坡的工程防护具有一定的指导作用,有利于更好地防灾减灾。     

平顶山地下盐穴储气库地表沉降机理数值模拟

针对平顶山盐田盐层薄、夹层多,埋藏深的特点,采用Fortran语言将蠕变模型导入有限元软件,分别建立单腔、双腔和群腔储气库计算模型,并且根据地面监测资料拟合得到模型参数,对不同工况下薄层状盐穴储气库的地面沉降进行了预测。研究结果表明:(1)储气压力10 MPa时40万方储气库,单腔蠕变影响范围约为30 m,蠕变5 a、10 a、15 a、20 a、30 a之后中心点沉降分别为49.21 mm、53.60 mm、57.70 mm、61.51 mm、64.44 mm,沉降范围基本一致约为1 500 m;(2)由于双腔相互影响,中点最大沉降量和沉降范围都比单腔略大,从溶腔稳定与沉降控制角度分析,地面对井最佳水平间距应大于地下溶腔最大直径的1.5倍;(3)群腔模式下中心点最大沉降量和沉降范围都有所增大,而且随着腔数的增加,二者增大的趋势越明显。以7溶腔储气库群为例,蠕变30 a之后中心点的沉降量达到247 mm,沉降的影响范围达到2 480 m。     

人工鱼群投影寻踪回归在洞室岩爆预测中的应用

通过对国内外地下工程施工中所发生岩爆的实例进行分析,探讨了岩爆发生的机理,得出了影响岩爆发生的主要因素为:围岩最大切向应力σθ、岩石单轴抗压强度σc、岩石单轴抗拉强度σt和岩石冲击倾向指数Wet。针对传统岩爆预测分析方法存在的问题,提出了基于人工鱼群算法岩爆预测的投影寻踪方法,并建立了相应的岩爆预测分析模型。选取15个工程实例作为训练样本、3个工程实例作为预测样本,以σθ/σc、σc/σt及Wet3个指标作为影响岩爆发生主要参数,进行了地下洞室的岩爆预测实例检验。研究表明,用投影寻踪回归分析法进行岩爆预测,评价过程中无需人为确定权重,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测结果具有较高的准确率、方法简单,为岩爆的预测提供了新途径。     

浅埋层状岩体偏压隧道滑移破坏机理及判定方法

渝涪高速公路鸭江隧道是典型的层状岩体隧道,其出入口段更是兼具了浅埋、地形和地质偏压等多重特点.基于鸭江隧道出口段的围岩参数,利用UDEC软件对不同岩层倾角条件下的浅埋层状岩体偏压隧道破坏过程进行了模拟.数值模拟的结果发现,当岩层倾角较小时易沿结构面垂直方向发生弯折破坏,当岩层倾角较大时易沿结构面发生滑移破坏.通过对隧道...