深切河谷区水电站厂址初始应力场规律研究及对地下厂房布置的思考

针对深切河谷高地应力区水电站厂址区域初始地应力张量空间分布特征及其与洞室群布置相对关系识别问题,结合河谷历史发展过程分析、应力张量空间解析法和多核并行计算技术等,将复杂地质环境下三维地应力场模型与洞室群精细开挖计算模型相耦合,提出考虑河谷演化规律的厂址区域地应力场量化精细数值模型的建立方法和分析思路,识别锦屏一级水电站厂址区初始应力场分布规律并进行现场验证,结果表明：锦屏一级地下厂房洞室群位于深切河谷附近应力变化较大且应力水平相对较高的应力过渡区,由此形成初始高地应力环境,且主应力比为1.9～2.5,岩石强度应力比为1.5～3.0;在这种高地应力-低强度应力比且高主应力比共同作用下,地下厂房洞室群施工期围岩出现的变形破坏规律及卸荷松弛深度超过同等规模的地下厂房工程,而现场围岩应力诱导型变形破坏的发生位置和分布规律,则佐证了所获得的厂址初始应力场的合理性,同时也验证了地应力场量化模型建立方法的科学性和可行性。在此基础上,建立一种考虑三维地应力、岩石强度应力比和岩体结构特征的高地应力区地下厂房洞室群结构布置设计方法,其本质上体现洞室荷载特征(三维地应力,包括最大主应力量值和方位,而且还考虑地应力场分布、主应力比等)、围岩结构特征及承载能力(岩石强度)等因素的协同耦合作用,并从定性角度建议确定主洞室位置、纵轴线、间距和洞型等一些原则和思路。     

DDA 数值模型及其在 岩体工程上的初步应用研究

根据已初步开发出的ＤＤＡ模型计算程序，分别就某工程试验洞洞挖和边坡明挖问题进行了计算，并与有限元结果进行了比较。两种开挖问题计算结果表明，ＤＤＡ模型计算结果在岩体开挖位移形态及位移量级上与有限元及实际位移监测结果都具有较好的可比性，说明该模型所反映的岩体开挖变形趋势是符合实际的，分别就ＤＤＡ模型应用于岩体洞挖和明挖计算时所存在的问题进行了讨论，包括岩体开挖荷载施加方式、块体界面特性模拟以及块体系统嵌入差别等问题。     

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。     

大理岩损伤强度的识别及基于损伤控制的参数演化规律

为获取脆性岩石特征强度及破坏过程中损伤演化规律,设计能同步测试应力–应变曲线、AE声发射及岩样径向纵波波速的试验方案,并对3种不同方法确定的损伤强度值进行对比。结果表明,除AE及波速测试方法外,采用体应变(含裂纹体应变)方法可以较为准确地获取试件的特征强度值。通过定义岩石循环加卸载试验获取的不可逆裂纹应变累计值作为岩石损伤的度量,基于损伤控制试验得到锦屏大理岩破坏过程中强度和变形特性随损伤的演化规律。研究表明,随损伤变量的增加,岩石弹性模量、损伤强度和峰值强度均会下降,但随着损伤变量达到至某值后,损伤强度会发生迅速降低,而峰值强度随着损伤累积仍会保持增加然后缓慢降低;进一步分析得到内摩擦角和黏聚力随损伤变量变化规律：随着损伤的发展,黏聚力从峰值迅速下降,并很快到达残余门限值;而内摩擦角随着损伤的发展经历了先上升再降低2个过程,其中上升段是在大部分黏聚力损失后逐渐升高至峰值。研究成果对于揭示脆性岩石强度破坏机制具有重要的理论意义。     

三峡工程永久船闸中隔墩岩体变形全过程测试研究

针对三峡永久船闸勘探设计阶段已有勘探平洞的布置特点,利用船闸二闸室中隔墩中部的8#平洞主洞,在船闸开挖初期布置多点位移计测孔,实现了中隔墩岩体开挖过程中近4a的全过程监测。根据变形观测设施观测结果,对中隔墩岩体随船闸开挖的变形过程以及岩体的变形特征进行了分析,并将观测结果与数值计算结果进行了比较。最后,对中隔墩岩体的稳定性问题进行了讨论。     

一种考虑块体侧面一般水压分布模式下的块体稳定性计算方法

提出了一种考虑块体侧面一般水压分布模式下的块体稳定性计算方法。根据所提出的方法,对某工程边坡上的一个实际块体的稳定性进行了分析。结果表明,所提出的方法对解决包括复杂形状块体在内的块体水压敏感性稳定分析是可行的。     

节理岩体开挖面上块体随机分布及锚固方式研究

 在块体理论基础上,本文介绍了用Monte-Carlo模拟研究岩体开挖面上块体随机分布及锚固问题的方法。给出了一个计算一般形状块体体积的数值方法。最后,对一工程高边坡作了具体分析。     

复杂水工边坡稳定性研究方法探讨

在天然边坡中进行开挖、建造水工建筑物等人类活动,扰动了边坡原有的稳定性,改变了边坡原有的结构,形成更为复杂的水工边坡。水工边坡的稳定性直接关系到水工建筑物的安全,甚至会影响水电工程的安全建设与正常运行。分别采用刚体极限平衡法和有限单元法,对某水电站调压井边坡进行了二维和三维稳定分析。研究结果表明:对于这类有竖井开挖的水工边坡,研究其稳定性时,需进行三维稳定分析;若对这类有竖井的边坡进行二维稳定分析时,应考虑剖面选取的位置,需要综合研究穿过竖井的剖面及竖井周围剖面边坡的稳定性,如果只选取穿过竖井的剖面,则其研究结果往往会与实际出现较大的偏差,使得实际稳定性较好的边坡得出不稳定的结论。研究成果可为此类复杂水工边坡的稳定性分析提供参考。     

基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合作用机制研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,围岩应力与水力耦合作用导致的裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。结果表明：洞室开挖完成后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量的变化是一个动态过程,且相互作用与相互依赖;裂隙的闭合使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加;裂缝张开度增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低;由于围岩中裂隙隙宽、压力和渗流量的动态依赖性,在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。研究成果初步表明了所采用方法的有效性,并为研究裂隙岩体中开挖洞室引起的突水问题提供了潜在的研究方向。     

非均质性对岩石宏观力学特性的影响机制

岩石材料具有材料强度分布不均匀性和材料空间组构随机性的双重特性,从本质上看两种特性都属于岩石材料的非均质性,都对岩石力学性质有深刻影响.在以往的研究中,通常使用有限元法和Weibull分布函数模拟岩石材料强度的非均质特点,用变异系数定义非均质度的大小,得到非均质度与岩石强度力学特性之间的关系,缺少了对材料组构随机性的探...