地下厂房施工期围岩变形特征分析

以施工期监测资料为基础,结合地质、物探等资料,对地下厂房围岩变形特征进行了分析。结果表明:地下厂房变形较大部位的位移量主要集中在20~60 mm范围内,最大位移出现在下游岩锚梁处;结构面的存在影响了岩体的质量和完整性,沿结构面的张开位移是围岩变形的重要组成部分;交叉施工对主厂房下游围岩变形产生较大的影响;围岩变形是地质条件与施工因素共同作用的结果;断层是影响围岩松弛深度的关键性因素,因此深入探究断层对围岩变形的影响对围岩支护工作有重要的学术价值和经济意义。     

复杂地质条件下大型地下洞室群围岩稳定性研究

断层等软弱地质结构面是控制地下洞室群围岩稳定的主要因素。以某水电站大型地下厂房为例,采用三维非线性有限元法分析了地下洞室群的围岩稳定,建立了考虑优势断层结构面的地下洞室群三维有限元模型,对比分析了有、无支护方案下洞周围岩位移场、应力场及塑性区分布。结果表明,洞周围岩变形受断层影响显著,断层贯穿部位多发生应力突变,断层出露部位塑性区分布范围较大;施加支护方案后,围岩变形得到了有效控制,应力集中和围岩塑性区分布范围均有所减小。     

大型地下厂房含蚀变带围岩变形特征与机理分析

大型地下厂房的洞室开挖规模较大,围岩稳定问题突出;而当厂区蚀变带发育时,围岩发生大变形的风险可能骤增。依托丰宁电站主厂房洞室开挖工程,结合地质资料和监测数据,对大型地下厂房含蚀变带围岩的变形特征与机理进行了分析。结果表明:开挖边墙变形普遍较大,多个监测值超过50 mm;开挖规模较大的区域变形更大;受蚀变影响的围岩时效变形明显。分析认为丰宁电站主厂房围岩变形受到蚀变带、大规模开挖和地应力的综合影响:沿结构面广泛分布的蚀变带削弱了岩体质量,成为大变形的内因;大规模开挖造成围岩卸荷损伤,创造了大变形的条件;而与厂房纵轴线大角度相交的地应力大主应力则放大了前两者的不利影响,最终导致大变形发生。     

断层对硬梁包水电站主厂房围岩稳定性的影响分析

断层等结构面对地下洞室的稳定性起着控制性作用,研究断层作用下的地下洞室的稳定性对工程的施工安全及支护设计具有重要意义。以硬梁包水电站为例,分析主厂房区域的断层F5对其围岩稳定性的影响,采用Flac3D数值模拟软件,引入考虑开挖卸荷开裂后力学参数等效降低的岩体劣化本构模型,对主厂房全部开挖后,不同断面的岩体劣化特征、卸荷变形量、重分布应力特征进行对比分析。结果表明:厂房洞室开挖完成后,F5断层使围岩变形增大了15%～20%,使局部变形最大可达到100 mm左右,断层影响区域岩体松弛程度相比于无断层区域明显增大。     

大型抽水蓄能电站地下厂房围岩变形时效特征和反馈分析

丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群的施工期围岩变形具有量值大、时效特征明显、不同深度围岩均可能发生变形的特点。为研究该地下厂房围岩变形时效特征,基于工程地质条件和监测数据,开展围岩变形机制研究。分析结果表明:地下厂房围岩变形的分布特征和时效特性,既与围岩在开挖卸荷后所出现的岩体质量下降、围岩强度减小、岩体蚀变现象有关,也与围岩内存在节理裂隙或断层等不连续地质结构在开挖卸荷作用下易发生张开或错动有关。采用由伯格斯流变模型与带拉伸截止限的摩尔-库伦塑性屈服准则组合而成的复合黏弹塑性模型,进行围岩流变力学参数反演,获得了与监测值吻合较好的围岩变形和变形时程曲线计算结果。根据洞室群围岩开挖支护稳定性分析结果,可知截至主厂房第V层开挖支护完毕,洞周围岩局部变形和塑性区深度均较大,且塑性区贯穿主厂房和主变室洞间岩柱,围岩稳定性总体较差。因此,主厂房在第V层开挖完毕后暂停继续下挖,专门进行洞室群的系统性加强支护是必要的。     

长河坝水电站地下厂房围岩变形特征

以施工期变形监测资料为基础,结合地质条件、物探、监测和施工资料,对长河坝水电站地下厂房的围岩变形破坏特征进行了分析。分析结果表明:高应力区大跨度地下洞室群洞室立体交叉,作为一种非连续介质,岩体在施工过程中厂房顶拱累计变形总量小,变形深度大,每次开挖爆破震动使得变形速率呈阶梯状增大。厂房上下游边墙岩锚梁部位累计变形总量相对较大,变形时间长,变形速率随深度的增加逐渐减小;受爆破震动影响,变形曲线呈阶段性上扬。主厂房与洞室平交段变形时间长,累计变形位移量大,其变形速率大、变形深度大与岩体结构面关系不大,变形大主要与地应力较高、交叉洞段开挖卸荷以及爆破开挖后应力重新调整等有关。根据变形特征,提出了一些施工建议。     

杨房沟水电站地下洞室关键岩石力学问题及工程对策研究

杨房沟水电站地下洞室群规模宏大、地质条件复杂,施工期围岩稳定问题突出。为解决洞室开挖过程中普遍揭露的脆性岩体高应力破坏、缓倾结构面导致的顶拱变形破坏、喷层开裂脱落等岩石力学问题,结合施工地质、监测成果和数值模拟开展动态反馈分析,对洞群围岩稳定性进行了系统地分析和预测。结果表明,在洞室群开挖过程中,上游侧拱肩位置存在应力集中,是导致脆性硬岩发生片帮破坏的主要原因,而及时、有效的系统支护对抑制围岩应力型破坏至关重要;缓倾结构面对顶拱围岩变形与稳定起着控制性作用,主要表现为断层下盘岩体坍塌破坏和深层变形问题;在中高地应力条件下,受不利地质构造和施工质量等因素控制,洞室顶拱混凝土喷层容易发生开裂、脱落问题。通过开展施工期围岩监测反馈分析,不仅能够解释围岩变形破坏机制,而且能够为支护设计优化和信息化施工提供科学依据。     

二滩水电站地下厂房系统洞室围岩破坏性研究

二滩水电站地下厂房系统洞室群规模巨大，其距度，高度均位居世界前列，由于受地质条件的控制，以及施工质量、断面形状，开挖台阶、洞室群等因素的影响，在施工期间出现了高地应力现象，并造成了局部围岩的大变形和严重破坏。通过对围岩破坏的类型，影响因素，破坏机制等方面问题的研究，并根据应力测试成果，对岩体产生破坏的可能性有对围岩的稳定性提出了看法。     

澜沧江某水电站地下厂房围岩稳定性分析

通过对澜沧江某水电站厂房区地下洞室的工程地质条件分析,评价了该电站地下厂房围岩的稳定性。在此基础上,利用三维有限元法对其围岩岩体变形进行分析计算,为洞室位置的选定及支护形式设计提供地质依据。     

锦屏一级水电站厂房洞室群围岩变形破坏力学机制研究

锦屏一级水电站地下厂房洞室群所在区域地应力较高,岩石强度相对较低,地质条件十分复杂,围岩破坏形式多样。本文在多年监测资料和物探资料系统整理与分析基础上,结合洞室开挖揭露的地质条件、施工过程中表现的变形破坏现象以及动态设计加固措施等,综合深入研究洞室卸荷岩体变形破坏的力学机制。     

某水电站引水隧洞群的围岩变形量测研究

本文以某水电站引水隧洞工程为例,分析影响洞群围岩变形的主要因素,介绍了该工程洞群围岩变形量测的原理和方法。现场量测资料表明:该工程灰岩收敛变形曲线呈“S”形,而灰页岩互层段收敛变形曲线呈双曲线形。现场收敛变形量测与有限元法计算的洞周边位移比较,两者基本一致。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

浅埋小净距隧道中夹岩柱稳定性及加固方案研究

为了探究小净距隧道中夹岩柱稳定性及加固方案,以四川德阳白竹山1号隧道为背景,基于普氏平衡拱理论,提出小净距隧道中夹岩柱上覆围岩压力计算公式,研究了小净距隧道上覆围岩压力影响因素。运用有限元软件MIDAS GTS NX建立浅埋小净距隧道三维模型,分析了在不同隧道净距工况下的围岩位移、塑性区分布以及中夹岩柱竖向应力分布情况,确定了合理净距。对中夹岩柱进行区域划分并对不同组合方式进行注浆加固,研究了不同加固方案对围岩变形的控制效果。研究结果表明:小净距隧道开挖方式、中夹岩柱加固措施和隧道净距直接影响平衡拱的形成以及上覆围岩压力的大小;白竹山1号隧道进口小净距段设计净距13.94 m是合理的;对中夹岩柱中岩盘采用小导管注浆加固极大地提高了中夹岩柱整体性和稳定性,限制了围岩变形。研究成果可为类似小净距隧道中夹岩柱最小安全净距及加固设计和施工提供参考。     

隧道围岩大变形评价的改进云模型及其应用

针对隧道围岩大变形评价的不确定性和随机性问题,基于改进的云模型理论,建立了隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法,该方法运用云理论中的云雾化条件将大变形指标权重进行融合,进而得到综合评价指标权重,并用正态云替代传统模型中的特征值,计算云相关度和评价指标权重,最后通过综合云计算获得隧道围岩大变形评价结果。将此方法应用于西藏米拉山隧道围岩大变形评价,其结果为Ⅳ级大变形,与实际结果一致,表明隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法合理可行,可应用于隧道围岩大变形的评价。     

巴基斯坦N-J水电站地下厂房边墙变形分析

巴基斯坦N-J水电站地下厂房围岩岩性为软硬相间的砂岩与泥(页)岩，围岩类别以Q4为主，且节理裂隙发育；尾水闸门操作室设在主厂房内，局部形成大跨度的洞室，施工开挖过程中下游边墙产生较大的变形。经分析，厂房布置不合理是变形大的主要原因，而地质条件差则是控制因素，加剧了变形的发展。通过调整开挖次序和增强支护措施，围岩已趋于稳定。     

控制型结构面几何参数对隧道围岩稳定性的控制效应——以郑万高铁向家湾隧道为例

隧道围岩变形破坏与岩石强度、结构面特征、地下水和地应力等因素关系密切,其中控制性结构面的几何参数(间距和倾角)影响着隧道围岩的宏观完整性和开挖后的应力分布,进而控制着围岩塑性变形和结构面剪切滑移。为研究结构面几何参数对隧道围岩稳定性的控制效应,以郑万高铁向家湾隧道为例,在区域地质环境调查、隧道掌子面地质素描和岩石物理力学参数测定的基础上,使用UDEC离散元软件分析了不同几何参数结构面的隧道围岩变形破坏特征。研究表明隧道结构面间距和倾角对围岩变形破坏影响显著,当结构面间距＞1/10洞直径,倾角位于0°~30°范围内时,隧道施工过程中围岩稳定性相对较好。本研究对类似隧道安全施工具有实践指导意义。     

第三系泥岩隧洞围岩大变形成因及应对措施

围岩大变形是软岩隧洞建设中危及隧洞施工及长期安全的重大工程灾害之一。结合第三系泥岩隧洞出现的显著围岩大变形及支护结构破坏等现象的工程现场调查,通过开展围岩监测、室内试验及数值模拟等工作,获得了第三系泥岩隧洞围岩大变形的主要成因和发生机理。研究表明:触发该隧洞围岩大变形的主要因素是低岩石强度条件下隧洞开挖卸荷引起的塑性变形以及地下水对围岩的软化作用,围岩挤压膨胀变形和不同岩层间的非一致变形共同主导了支护结构的破坏;围岩大变形的发生机理主要体现在第三系泥岩洞段横穿一条常年流水的冲沟,加之隧洞中部透水性良好的砂砾岩层,使得隧洞开挖后围岩含水率显著增加,第三系泥岩遇水泥化、软化,强度显著降低并呈现出一定的膨胀性,最终促使围岩产生显著的大变形。在此认识的基础上,提出了提高钢拱架型号、增强钢拱架之间的纵向连接、增设底拱外八字锁脚锚管、施加初期支护与二次衬砌之间的聚乙烯缓释消能层等应对措施,实施后的现场监测结果表明,所提出的控制措施有效解决了第三系泥岩洞段开挖过程中的软岩大变形难题。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

小垂距交叉软岩隧道现场监测分析

针对公路与铁路小垂距交叉软岩隧道的特点,以云南某上穿公路隧道为背景,对该隧道右幅交叉段进行隧道净空收敛、围岩内部结构应力、围岩深部位移等项目的监测。根据监测结果,分析该隧道的围岩和支护结构的变形以及受力特点。结果表明,隧道右幅交叉段Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法开挖是可行的,能够有效地控制围岩变形,围岩稳定变形时间在30 d左右。监测成果可用于对隧道稳定性进行评估与预警,以便及时调整支护参数,保证隧道施工安全性。