某隧道岩体初始地应力场有限元反演分析

首先对隧道初始地应力以及目前的获取方法做出概况性的阐述,同时,以某隧道工程为实例,通过有限元数值模拟的方法,结合岩体自重、构造应力及河谷下切等多种影响因素,对初始地应力进行了反演分析,以使所求应力值在测点的计算值和实测值达到较好的拟合。     

官地水电站坝址区初始地应力场反演分析

岩体初始应力场是影响岩体变形与稳定的主要力源,也是岩土工程设计和施工中考虑的主要因素之一,尤其在高地应力地区显得尤为重要。根据官地水电站厂区的地质条件及地应力实测资料,运用有限元数值分析方法,对坝址区初始应力场进行回归反演分析,计算结果表明:厂区存在较大的水平向地质构造作用,岩体的地应力由自重和构造应力叠加而成;通过多方案分析论证,实测点的计算应力值与实测值在量值上和方向上均较为接近,表明反演得到的坝址区三维地应力场是合理的,符合近坝区地质构造历史背景,其成果可供工程采用。     

双江口水电站地下厂房区初始地应力场反演分析

初始地应力是地下工程围岩稳定分析与支护结构设计的重要计算参数。文中根据双江口水电站地下厂房区实测地应力资料,考虑自重与地质构造运动对初始地应力场形成的影响,采用多元回归法对厂区三维初始地应力进行多元回归反演。在回归反演的基础上,考虑埋深和山体地形对初始地应力场分布的影响,建立初始地应力拟合方法,得到厂区初始地应力函数与应力分布变化规律。回归拟合计算应力与实测应力在量值大小和分布方向上吻合,表明反演获得的地下厂区初始地应力场是合理可靠的,这为地下厂房洞室群施工开挖及长期稳定性分析提供重要计算依据。     

龙滩水电站左岸高边坡区初始地应力场反演回归分析

结合龙滩水电站左岸边坡区工程地质条件以及实测地应力资料,分析了研究区域初始地应力的影响因素。在各影响因素单独作用下,采用FLAC3D计算程序对建立的左岸高边坡三维地质概化模型进行计算;在实测点地应力值与计算得到的应力值之间建立多元回归模型,通过多元回归分析,求出最优回归系数。通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较,两者在量值上相当且方向上接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得左岸高边坡区初始地应力场较为合理的分布规律,为左岸高边坡开挖模拟及长期稳定性分析提供了合理的三维初始地应力场。     

高地温高地应力下岩体初始地应力场反演分析

目前,在高地温高地应力环境下,未见报道在反演过程中考虑地温,从而导致反演得到的初始地应力场与实际不符。为使反演得到的初始地应力场更加符合实际,首次提出考虑地温的岩体初始地应力场反演思路。在高地温高地应力环境下,岩体初始地应力场可近似由重力应力场、构造应力场及温度应力场组成。而岩体温度应力场可结合地温梯度法并依据岩体热应力公式近似得到,再通过叠加原理将温度应力场叠加到重力及构造应力场中即可得到与高地温相符的岩体初始地应力场。在水压致裂法测得的3个主应力中,垂直应力是通过上覆岩层的实测密度计算而来,即垂直应力不包含温度应力,故在高地温高地应力环境下,若不考虑地温,则采用水压致裂法测得的应力反演岩体初始地应力场将造成严重错误。例如在桑珠岭隧址区,岩体的温度应力大约为自重应力的8/13,即在反演过程中如果不考虑地温,则反演得到的岩体初始地应力场将缺失占重力应力场8/13的竖向温度应力场,且考虑地温的反演结果较不考虑地温更好。     

复杂地质条件下坝区初始地应力场二次反演分析

为准确获得南水北调西线工程加塔坝区初始地应力分布规律,提出综合反映工程区复杂地质条件及地层剥蚀过程的地应力场二次反演方法。首先,主要考虑工程附近大区域内的地形地貌、断层褶皱及河谷的发育演化史等因素,建立坝区大尺度计算模型,采用遗传神经网络法及FLAC3D计算程序对坝区初始地应力场进行一次反演;然后,考虑坝区附近主要地质构造,建立小尺度精细模型,通过从一次反演中提取小范围模型边界上的应力值进行拟合,初步获得精细模型的非线性边界条件,并采用遗传神经网络法对边界参数进行优化,对初始地应力场进行二次反演。研究结果表明:一次反演计算获得的初始地应力场在局部构造附近与实测值相差较大;二次反演考虑局部地质构造的影响,同时结合一次反演的计算成果,各测点的应力计算值与实测值吻合更好,所提出的反演方法可为类似工程的研究提供借鉴。     

基于COMSOL的隧道地应力场反演

结合隧道区域构造环境及青藏高原地应力数据基础,文章利用犀牛、COMSOL等软件构建隧址区三维数值模型,采用应力边界试算法确定模型计算的加载条件,进行隧址区地应力场的三维数值反演分析,通过隧道切面计算云图及隧道轴线初始应力场展示了岩性复杂的长大深埋隧道初始地应力场分布规律。     

溪洛渡水电站坝区初始地应力场反演分析研究

初始地应力是岩土工程设计与施工所要考虑的重要因素之一。由实测地应力资料反演初始地应力场的方法很多，且各有优势。根据溪洛渡水电站工程坝区地应力的实测资料，采用有限单元法，结合多元线性回归方法、神经网络方法和遗传算法，分别反演求得整个坝区的初始地应力场。比较发现3种方法反演计算的结果非常接近，且均能模拟实际地应力场的分布规律。进一步的分析结果表明，由于溪洛渡水电站工程坝区在天然情况下岩体的屈服范围很小，坝区初始地应力场的非线性特征不明显，故线性回归分析方法即可满足要求。同时，研究还表明，在结果均能满足要求的前提下，回归分析方法与神经网络方法和遗传算法相比具有更方便快捷、易于掌握、唯一解的优势。     

考虑裂隙岩体参数折减的初始地应力场反演

结构面多而复杂、岩石强度较高的裂隙岩体,在数值计算过程中难免出现建模困难及计算误差大的问题。结合地下洞室裂隙化花岗岩实例,在考虑裂隙密度、半径等因素的基础上,对该类岩体力学参数进行折减处理,并以折减后参数作为计算参数带入3DEC离散元模型进行数值计算,获取训练样本P,T。采用BP神经网络训练样本,获取初始地应力场与边界条件的对应关系,结合实测地应力值反演出区域应力场值。将该反演结果与实测结果对比分析。结果表明:经过参数折减后的模型计算的初始地应力场具有较高的准确性,建模过程避免了结构面划分的庞大工作量,得到结果为区域宏观应力场,具有较强的实用性。     

川藏铁路长大深埋隧道地应力场反演分析

西南地区山高谷深,地质条件复杂,隧道工程建设过程中面临着巨大地质灾害风险。桑珠岭隧道作为川藏铁路林芝段的主要控制性工程之一,面临着超长、超埋深诱发高地应力风险,本文通过综合分析隧道区域构造环境与现场实测数据,利用Surfer、ANSYS等软件构建隧址区三维数值模型,采用应力试算法确定模型加载的边界条件,进一步使用基于有限差分法的FLAC^3D模拟计算,获得桑珠岭隧址区范围的初始地应力场。对比分析可见地应力在方向与量值上基本吻合,且与区域构造定性分析结论基本一致。隧道轴线方向地应力场总体表现为:最大水平主应力(S_H)>垂直主应力(S_v)>最小水平主应力(S_h),最大主应力方向N30°W～N45°E。基于强度理论分析,隧道深埋段地应力较大,岩爆发生可能性较高。建议施工期间,应加强超前地质预报与监测,确保施工安全。     

鲁布革地下厂房区平面初始地应力场分析

初始地应力场是大型地下厂房设计施工的基础资料。本文根据鲁布革工程厂房区的地质地形条件,勘测试验资料和实测地应力值,用有限单元法和多元回归分析求解地应力场,并对地应力场的特征进行了成因上的分析。 所得成果在地下厂房的方案选型和围岩稳定分析中得到应用。     

基于神经网络的纸坊隧道初始地应力场拓展分析

初始应力场和待定因素之间的关系往往比较复杂,而神经网络可以容易的确定出初始应力场和待定因素之间的非线性映射关系,本文利用人工神经网络对初始地应力场进行拓展分析,并将该方法用于纸坊隧道初始地应力场的拓展分析研究,获得了很好的效果,同时也总结出使用神经网络在进行地应力拓展分析时应注意的问题。     

基于应力函数法的初始地应力场反演研究综述

地应力是地下工程建设中的基本荷载,是工程设计与施工的重要参考指标,准确表达出工程区域初始地应力场的分布规律与量值特征,具有重要的现实意义。通过查阅国内外大量的相关研究文献,文章以应力函数法为研究基础,系统地介绍了该法在实践过程中发展的多种初始地应力场反演方法,总结了各种方法的基本思想、实现过程、工程应用特征和优缺点。最后,基于各方法在具体工程实践过程中存在的问题,提出了复杂地下工程初始地应力场反演尚需进一步完善的若干方向。     

断层对地应力场方向的扰动规律及反演分析方法

地下工程区的断层对局部应力场的方向有着复杂的影响。为准确获取断层扰动下的初始应力场,提出基于等效构造作用荷载的二次反演分析方法。首先,通过定性认识和简单数值试验分析断层附近主应力方向的偏转规律,可为识别受断层影响的异常实测应力数据提供判断依据。其次,主要考虑河谷地形的影响,采用改进的侧压力系数法反演大模型应力场。然后,建立含断层的精细化小模型,并根据在大模型中插值获取的应力场来计算等效构造作用荷载,基于弹塑性理论进行应力场的二次反演计算。最后,针对金川地下厂房地应力实测资料反演初始应力场,验证了3#测点的异常是受断层扰动影响,并研究断层附近的应力场规律。研究结果表明:局部应力场方向在断层带内外的偏转规律不同,且跟断层产状有显著关系;反演方法能综合考虑河谷地形、断层、复杂构造作用的影响,对实测点的反演精度高,能较好地反映断层附近应力场量值和方向的不均匀特性。     

某水电站地下厂房区初始地应力场回归分析

结合某抽水蓄能电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,分析影响区域初始地应力的因素;在ANSYS中实现对工程区初始地应力的三维有限元回归计算;在实测地应力值与计算得到的地应力值之间建立多元线性回归模型,求出各回归系数,结果表明该方法可靠实用;并为地下厂房的稳定性分析提供了合理的初始地应力场.     

大连地下石油储备库初始渗流场数值反演

 初始渗流场分析是水封式地下石油储备库设计中的重要内容和先决条件,现场压水试验只能提供较准确的各向同性渗透系数,而不能反映各向异性的渗透特征。结合大连地下石油储备库工程,提出一种基于随机节理网络模拟技术反演岩体各向异性渗透特征的方法。首先,采用三维离散元程序3DEC内置的Fish语言,直接生成不同尺寸的三维节理网络模型,通过推导的判别式来统计模型中各组节理的个数及产状信息。其次,利用裂隙介质的渗透张量理论计算不同尺寸的岩体渗透张量,进而确定节理岩体的表征体元(REV)。根据现场压水试验实测资料,修正节理岩体的渗透张量,再利用Matlab软件计算渗透主值及渗透特征向量。最后,考虑渗透系数的空间正交各向异性,采用FLAC3D的Fl_anisotropic的渗流模型反演库区的初始渗流场,为水封式地下石油储备库水幕设计及稳定性分析提供较合理的初始渗流场条件。     

龙滩水电站左岸地下厂房区三维地应力场反演分析

在龙滩地下厂房区工程地质和试验洞变形监测结果综合分析的基础上，建立地质概化和试验洞施工开挖模型；采用地应力场随埋深变化呈线性分布的假设，并根据地应力测试成果，确定地应力场的分布区间。在此基础上，采用均匀设计方法和三维显式有限差分法，通过模拟试验洞的开挖变形，对龙滩水电站厂房区岩体地应力场进行了三维变形反演分析。对比计算位移和监测位移，计算各方案的位移目标函数，获得了岩体地应力场沿深度的分布规律。比较监测与计算位移，两者在量值上相当，在变形趋势上也基本相同，而且实测与计算所得的地应力值较吻合，表明所获得的岩体地应力场是基本合理的，同时说明此反演方法简便、有效。     

高拱坝坝址区初始地应力场的二次计算

 建立小湾水电站坝址区大范围有限元模型,考虑工程附近较大区域内的地形、地势和河流大转弯等因素,采用遗传算法与有限单元法相结合的联合反演方法,对坝址区初始地应力场进行一次反演;然后,考虑坝址区附近主要地质构造,建立坝基开挖松弛效应分析的小范围有限元模型,基于子模型方法,通过在一次反演模型中插值获得小范围模型的位移边界条件,对初始地应力场进行二次计算。研究结果表明：软弱地质构造对初始地应力场的反演有一定影响,一次反演中不连续结构面附近应力计算值与实测值相差较大;考虑软弱地质构造后的二次计算改善了一次反演所得的初始地应力场精度,大部分测点应力计算值更接近实测值,相对误差也逐渐减小,可将其应用于后续坝基开挖松弛效应分析中;反演结果同时也表明所采用的研究方法是可行的,对类似工程具有参考意义。     

地下水封石油储备库初始渗流场数值反演分析

渗流场分析是地下水封石油储备库设计的重要内容,而合理可靠的渗透系数是准确分析裂隙岩体渗流场的前提。以黄岛地下水封石油储备库工程为背景,对库区初始渗流场进行反演分析。首先,采用离散元3DEC软件直接生成尺寸分别为5 m×5 m,10 m×10 m,15 m×15 m,20 m×20 m,25 m×25 m,30 m×30 m的三维节理离散网络模型,并给出判别模型与节理相交的条件;基于裂隙介质的渗透张量理论,利用 MATLAB计算不同尺寸的裂隙岩体渗透张量,并确定了库区裂隙岩体表征体单元(REV)的大小,并结合库区现场试验实测数据,对节理裂隙岩体的渗透张量进行校核;最后,采用COMSOL Multiphysics软件,在裂隙岩体渗透系数各向异性条件下,反演库区的初始渗流场。研究成果为地下水封石油储备库水封性评价及稳定性分析提供较合理的初始渗流场条件。     

复杂初始地应力场的反分析

提出了复杂初始地应力场的力学模型。在该模型中，地应力不必符合某种特定的分布，通过求解构造应力在边界上的节点力，可以确定这种地应力。讨论了在线弹性介质中，通过有限元计算求解这种地应力的方法、过程，并给出算例。