数值模拟软岩巷道支护技术研究

软岩巷道多具有高应力、变形大、难支护等工程特征,单一支护方式难以控制围岩变形.通过对围岩变形机理、破坏过程分析研究,利用模拟围岩变形破坏的RFPA计算软件,建立了数值计算力学模型.对软岩巷道围岩变形破坏、应力转移过程进行模拟分析,为软岩巷道支护方案设计提供了依据.     

数值模拟软岩巷道支护技术研究

软岩巷道多具有高应力、变形大、难支护等工程特征,单一支护方式难以控制围岩变形.通过对围岩变形机理、破坏过程分析研究,利用模拟围岩变形破坏的RFPA计算软件,建立了数值计算力学模型.对软岩巷道围岩变形破坏、应力转移过程进行模拟分析,为软岩巷道支护方案设计提供了依据.     

导流隧洞钢拱架与喷锚支护体系有限元分析

钢拱架支撑是地下洞室开挖中的重要支护型式之一,与喷锚支护措施相结合能够有效地控制围岩变形和减小围岩失稳机率.结合某水电站工程实际,针对不支护、喷锚支护、钢拱架与喷锚联合支护等不同情况,采用三维有限元法对导流洞开挖过程中围岩的位移、塑性区,喷层、锚杆及钢拱架的应力分布情况进行了计算分析.结果表明:与普通的喷锚支护相比,采用钢拱架与喷层、锚杆组成联合支护体系能够对围岩变形提供直接抗力,围岩位移和塑性区范围大大减小,各支护材料的应力也有较大程度的降低,为导流洞围岩破碎洞段施工期的稳定提供了有力的保证.     

深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚注支护技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司一矿深井软岩回风上山巷道工程地质条件和围岩变形特征,采用数值计算方法,研究了底板卸压槽卸压前后巷道围岩应力场、塑性区的变化规律,分析了底板卸压槽卸压机理,提出了钢丝绳网锚注支护技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:(1)巷道底板开掘卸压槽卸压后,底板围岩垂直应力和水平应力的高应力区及其峰值应力均向底板深部转移。卸压后底板同一深度的围岩应力均小于卸压前的围岩应力;卸压后巷道顶底板和两帮围岩的塑性区范围均增大,底板卸压效果明显。(2)深井巷道围岩的破碎区和部分塑性区是支护的重点。回风上山巷道采取开挖底板卸压槽、钢丝绳网锚杆支护和围岩注浆加固等支护措施后,在围岩中形成了锚注体支护圈,提高了围岩的强度和自身承载能力。巷道围岩经历加速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段后,一直处于稳定变形状态。卸压槽+钢丝绳网锚注支护在回风上山巷道的支护试验取得成功,可为深井软岩巷道支护提供参考依据。     

矿岩接触带巷道失稳分析及控制方法研究

矿岩接触带往往是巷道的薄弱区域,根据矿岩接触带变形破坏特征,并结合其特殊围岩情况,分析了矿岩接触带巷道薄弱区域的围岩稳定性.同时,将巷道围岩中的矿石和岩石的物理力学参数划分开,结合现场变形监测数据和矿岩物理力学参数,采用数值模拟进一步对矿岩接触带巷道支护前后的应力应变分布做了研究,探索失稳机理,研究发现矿岩接触带一般沿接触带层位发生剪切破坏且不与巷道中心线对称.根据上述研究,分别从塑性区拉伸破坏体积、剪切破坏体积和总体积分析对比分析锚杆支护、喷射混凝土支护、锚喷联合支护的应用效果,最后提出了针对矿岩接触带巷道的分区支护方法 .     

深部软岩巷道围岩变形分析与控制

针对某深部软岩巷道支护困难问题,首先对围岩进行力学性能试验,然后利用有限元分析方法,在基于不同埋深软岩巷道围岩变形特征研究的基础上,从巷道开挖和围岩支护两方面对深部高地应力软岩巷道围岩变形与控制进行深入研究.结果表明:随软岩巷道埋深增大,巷道围岩变形呈线性增大趋势;在深部高地应力下掘进巷道时,全断面开挖法围岩变形最大,...     

高地应力条件下大型地下洞室群施工期围岩稳定特征研究

地应力水平高、岩体强度低是锦屏一级水电站地下厂房的主要特征,地下厂房施工期的围岩稳定问题十分突出。结合工程地质力学方法和三维有限元手段,对锦屏一级地下厂房施工过程进行了数值模拟,研究了地下厂房施工期围岩的应力变形规律、稳定性特征及围岩稳定主要影响因素。计算结果表明：围岩的应力变形、稳定状态受到断层、洞室布置及开挖支护程序的影响明显。围岩的应力随着开挖的不断进行而增大,最大应力出现的部位也在不断变化。随着开挖的进行,围岩的变形不断在增大,尤其是边墙的变形。在洞室交叉及断层出露部位,围岩的变形较大,塑性区基本贯通,应加强支护。     

软岩巷道锚注支护结构蠕变分析

对锚注前软岩巷道围岩应力状态进行弹塑性分析,计算出锚注前围岩残余强度区半径;在此残余强度区内进行注浆,并将注浆区再细化为弹性区和塑性区,引入岩石蠕变的鲍尔丁-汤姆逊模型,建立了软岩巷道锚注支护结构的蠕变分析模型,采用塑性区岩体体积不变的假设,对锚注支护结构进行了黏弹性分析和黏塑性分析,推导出软岩巷道锚注支护结构应力及位移的蠕变公式.理论分析与相似模拟结果表明:软岩巷道锚注支护结构弹性区应力与时间无关,塑性区应力随时间而变化;弹性区、塑性区位移随时间的推移而不断增大,最后趋于一定值,且塑性区位移与半径成反比关系.     

软岩巷道开挖-支护过程承载结构稳定性分析

为研究软岩圆巷开挖面附近围岩在"锚网喷"支护后围岩力学承载结构的稳定性,依据围岩变形及受力特征,沿巷道径向依次将围岩划分为破裂区、软化区和弹性区,其中,"锚网喷"支护主要作用于破裂区中.基于统一屈服准则、增量型本构关系和软岩力学模型,得到了"围岩-支护"相互作用下的围岩应力和变形解.考虑切向应力和等效剪应力的集中以及围岩强度,将围岩力学承载结构由浅入深依次划分为"弱-主-强"结构.通过算例分析,可知围岩力学承载结构的承载范围和承载位移及其剪切应力,受锚杆支护间排距、软化模量和开挖空间效应等因素的影响.在工程实践中,基于"围岩-支护"力学承载结构理论,设计的"锚网喷注"支护方案能够提高围岩强度、降低软岩巷道变形量,保证了掘巷初期的稳定性.     

支护阻力对不同岩性围岩变形的控制作用

在理论分析和数值计算的基础上,研究了不同岩性条件下支护阻力对围岩变形的作用和机理。阐述了硬岩巷道中支护要是控制塑性区的范围,软岩道中支护阻力提供围压,影响周力岩体的软化笥,遏制围岩破碎区的发展,从而控制围岩的变形。结果表明,岩性质越差,支护阻力控制围岩变形的作用越大,巷道位移量与支护阻力呈负指数函数关系。     

CRD法和台阶法施工对地铁隧道围岩变形的影响

以西安地铁三号线太白南路-吉祥村暗挖区间隧道工程为依托,采用台阶法和交叉中隔墙法（CRD法）对隧道施工时的围岩变形进行实时监测,并对数据进行回归处理,应用FLAC3D软件对2种施工方法进行模拟分析,系统研究了2种开挖方法的隧道围岩变形规律。研究结果表明：采用C RD法能够有效控制拱顶沉降及水平收敛量,减小施工对围岩的扰动程度,对于保持软弱围岩的自持能力及稳定性有明显作用;在进行西安地铁隧道施工时,应采用台阶法实现隧道的快速开挖,而对于地层条件复杂或施工要求较高的区段建议选择C RD法进行施工,以便更好地控制围岩变形,保持围岩稳定性。     

Multi-parameter numerical simulation of dynamic monitoring of rock deformation in deep mining

The level of deformation development of surrounding rocks is a vital predictor to evaluate impending coal mine disasters and it is important to establish accurate measurements of the deformed status to ensure coal mine safety. Traditional deformation monitoring methods are mostly based on single parameter, in this paper, multiple approaches are integrated: firstly, both electric and elastic models are established,from which electric field distribution and seismic wave recording are calculated and finally, the resistivity profiles and source position information are determined using inversion methods, from which then the deformation and failure of mine floor are evaluated. According to the inversion results of both electric and seismic field signals, multiple-parameter dynamic monitoring of surrounding rock deformation in deep mine can be performed. The methodology is validated using numerical simulation results which shows that the multi-parameter dynamic monitoring methods have better results for surrounding rock deformation in deep mine monitoring than single parameter methods.     

基于光纤技术的井筒围岩稳定实时监测系统

针对井筒围岩变形监测受采动影响的问题,提出了采用光纤传感技术监测井筒围岩变形的方法.研究了光纤传感器的不同埋入方式、粘结材料以及施工工艺对结构变形监测的影响,结合金川Ⅱ矿区14行风井加固工程,设计并布设了光纤光栅传感监测系统.现场监测结果表明,基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有实时性、远程和自动监测围岩变形的优点,可以直观地得到井筒在不同位置的围岩变形分布特征,为井筒围岩变形提供了准确的测试数据.     

基于三维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究

拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显著影响岩体稳定性及衬砌结构特性。本文在全面反映区域地质构造、调压井结构形式及地应力场的基础上,建立了三维数值计算模型,同时考虑施工时序及支护衬砌措施,应用根据室内试验及现场监测资料建立的横观各向同性岩体粘弹塑性损伤本构模型,采用FLAC3D软件研究了调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明：施工开挖过程中围岩在流变效应的显著影响下,其变形量随时间有所增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显著,开挖完成后500d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期（50年）变形量的54%,调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。     

软弱破碎围岩隧道大变形施工力学行为及支护对策研究

围岩大变形是一种常见的、危害极大的施工地质灾害,为了减弱乃至消除此类灾害对工程的影响,首先,基于工程地质条件和地应力测试结果分析,揭示了典型地段软岩挤压大变形的成因;其次,采用有限差分程序研究了软岩段施工过程中围岩的受力和变形特征,分析了支护结构对围岩稳定性的影响,考虑支护有效抑制了围岩变形,将开挖造成围岩变形的影响范围由2倍洞径减至1倍洞径,较好地稳固了掌子面的挤压变形;最后,根据考虑支护的施工过程模拟结果分析,提出了该段软岩大变形控制措施及其变形过大造成侵限的具体处理对策,经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

阿拉坦隧道竖向变形规律现场测试与分析

选取阿拉坦隧道浅埋段地表及拱顶上部围岩竖向位移为研究对象,进行实地监测并建立有限元数值计算模型,分析隧道浅埋段围岩变形规律。结果表明:掌子面施工对地表及岩层竖向变形影响范围主要集中在掌子面之前和之后0.5倍洞径(D)范围内,距掌子面1.8 D距离之后,其变形趋于稳定;横向比较各点测试结果得出,围岩松动圈已延伸至地表,离隧道中心线越远扰动强度越弱;数值计算得出岩层及地表变化规律与现场实测变化趋势大体相似。所得结论可为类似隧道工程施工过程变形控制提供借鉴。     

双城隧道施工中监控量测的应用

把隧道围岩和支护结构作为一个完整的支护体系是新奥法施工的核心思想,而现场监控量测是新奥法施工中极其重要组成部分,也是施工决策与管理的信息源.对施工过程中围岩的变形过程及发展趋势进行监控,并对围岩力学动态和支护结构工作状态的量测数据进行计算处理,对确保施工安全及设计合理有重要作用.以临合高速公路双城隧道施工的监控量测实施情况,系统地说明了量测计划的编制、实施及对测得数据的处理方法,及时指导施工,成功避免了施工中重大安全事故的发生,对双城隧道的后期施工及类似围岩条件下隧道施工有一定的指导意义.     

异质软硬复合地层地铁车站穿越富水断层施工响应与控制

针对异质软硬复合地层地铁车站穿越断层施工变形控制难题,对断层影响下地铁车站开挖过程中围岩力学响应进行研究,探讨不同加固方案下车站围岩变形演化规律,为复杂条件下地铁车站穿越断层施工提供理论指导。以某地铁车站穿越富水断层破碎带为背景,通过室内实验确定特殊地层围岩物理力学性质及破坏特征,结合BQ围岩分级方法确定围岩等级;在此基础上采用有限差分数值模拟软件,对比研究有无地下水影响下地铁车站开挖后围岩应力及沉降变形分布特征,采用控制变量方法研究临时支撑与注浆加固对车站围岩整体稳定性的影响,进而确定合理的施工控制方案。研究结果表明：有无地下水对于异质软硬交叉地层的围岩物理力学特性影响明显,而侵入的辉绿岩尤甚,极易产生沿节理面的剪切滑移破坏;地下水影响下车站拱顶最大沉降值为6.5mm,较之无地下水条件下增大30%;辉绿岩部分（车站右部）最大拉应力为1.62MPa,远大于其极限抗拉强度1.25MPa,故无注浆加固条件下辉绿岩侧可能产生大范围破坏;全断面注浆降低了地下水对围岩变形的影响效果显著,以65°断层为界,断层倾角越小,全断面注浆宽度应越大;基于分析结果,提出全断面注浆+临时支撑+小进尺的过断层车站安全施工方案,监测结果表明应用效果良好。     

乌东德水电站地下厂房层状节理岩体稳定性研究

摘要：随着我国水电资源开发的推进,越来越多水电站修建于高山峡谷之中,受地形地貌的影响,大量水电站厂房布置于层状岩体之中,定量分析层状节理岩体地下厂房变形并评价其稳定性成为亟需解决的重要课题。本文结合现场监测及数值模拟结果,分析不同密度层状岩体对于地下厂房变形的影响。对多点位移计、声波测试、微震监测等多种监测结果进行整理和归纳,从多角度揭示围岩变形规律及内部损伤情况。另外基于厂区工程地质特性、地应力实测资料,利用通用离散元程序UDEC对7#机组典型剖面进行数值分析,得到地下厂房开挖后的应力场、塑性区、位移场分布规律,揭示围岩潜在破坏区域。数值模拟与微震监测结果共同表明：围岩第VI层（高程815.40~809.00 m）开挖时,上游边墙812 m高程位移增加最快,微震事件数量大幅增长。水平向应力卸荷程度大于竖向应力卸荷程度;整体上主厂房上游侧位移大于下游侧,最大变形出现在上游边墙812 m高程附近,此处围岩屈服深度最大,围岩屈服集中区域与变形场分布基本一致,上游层状节理比下游密集是造成上下游变形差异的主要原因。围岩变形与层状节理分布关系密切,开挖活动将引起围岩层状节理活化,岩体损伤,围岩整体强度降低。开挖强度越大,微震事件增加越快,变形越大。乌东德地下厂房变形机制的研究对其后续施工及其安全运营具有重要意义。     

灰色预测模型下隧道围岩稳定性的模糊概率分析

现阶段预测围岩的稳定性多是运用定值判断法,但影响围岩变形的因素繁多且相互制约,要确定一个准确的定值十分困难。为了避免定值判断法中定值确定的问题,本文采用灰色理论预测结合模糊概率法对隧道围岩的稳定性和稳定概率进行分析计算,将稳定性问题数学化,能准确地反映围岩的稳定状况。研究结果表明:灰色预测模型下隧道围岩稳定性的模糊概率法预测围岩的最终变形情况准确,分析围岩的稳定性合理,能及时提供围岩的稳定程度和结构可靠性的安全信息,预见事故和险情,且其计算过程简便,方便在工程中采用。