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。     

陡倾角层状岩层大型地下厂房施工期围岩变形开裂机理研究

针对乌东德水电站右岸地下主厂房在引水洞下平段L3支洞顶拱开挖过程中,7#、8#机组段上游边墙出现的围岩变形快速增长和沿层面开裂等变形破坏现象,结合地质、监测、物探及施工资料,分析了主厂房围岩变形与破坏特征。在此基础上,从岩体结构、地应力状态、施工过程等角度出发,并结合三维离散元数值仿真手段,对围岩变形开裂机制进行了综合论证和深入探讨。结果表明：（1）小夹角顺倾下游的陡倾层状岩体结构是造成7#、8#组段上游边墙变形快速增长并呈现一定时效特征的地质基础;（2）L3支洞顶拱施工速度过快,从而产生了强烈的围岩卸荷扰动效应,导致上游边墙围岩一定深度范围内岩体沿层面张开和滑移,引起围岩变形的突然性快速增长;（3）陡倾角层状岩体的围岩变形开裂特征对L3支洞顶拱开挖规模及扰动较为敏感,合理控制岩体开挖规模及卸荷扰动效应能够有效地减小围岩变形、结构面错动和张开现象。研究成果可为类似陡倾角大跨度地下工程开挖的稳定性分析及支护设计提供借鉴。     

岩溶回填改善地下洞室群围岩稳定性的数值分析

岩溶是石灰岩地区地下水作用的过程与结果,是隧道洞室所面临的不良地质现象之一。结合岩溶系统区域内大型地下电站的建设,采用显式有 限差分法模拟地下厂房的施工开挖,分析了岩溶系统对地下厂房洞室群围岩稳定性的影响,
评价了溶洞回填处理措施的加固效果。     

大奔流沟料场施工期高边坡稳定性数值模拟

锦屏一级水电站大奔流沟料场边坡开挖高度468 m，开挖量巨大，岩层陡倾坡外，快速开挖卸荷过程中边坡安全稳定问题突出。在边坡破坏模式分析的基础上，建立了考虑层状岩体各项异性的数值分析模型，研究边坡开挖过程中应力、位移、塑性区和锚固受力演化特征，并评价边坡稳定性。研究表明，边坡整体稳定性主要受控于边坡的地质结构特征、层间错动带和岩层层面的抗剪强度等因素。总体上，开挖完成后边坡安全系数满足规范要求。     

银盘水电站左岸坝肩边坡稳定性三维数值分析

银盘水电站左岸坝肩边坡开挖量大,边坡岩体内发育有多条层间剪切带,其中Ⅱ1-7005、Ⅱ1-7006因其出露部位以及与大坝的相对位置,其影响最为显著.依据流固耦合理论,采用三维有限差分法对左岸坝肩边坡及坝基岩体在施工期、大坝运行期等各种不同水位工况下的变形、应力、塑性区、孔隙水压力分布等开展了研究.结果表明,边坡开挖将导致坝轴线上游位于层间剪切带上盘的岩体变得单薄,稳定性较差,局部有顺剪切带向下且朝下游滑移的趋势.大坝建造后坝体自重使得坡面岩体压应力有所增加,总体改善了边坡的应力状态.校核洪水位工况下大坝的运行水位对边坡稳定最为不利.     

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。     

黄金峡水利枢纽大坝左岸Ⅰ区结构面控制型边坡变形机制及稳定性分析

黄金峡水利枢纽大坝左岸Ⅰ区边坡开挖施工阶段发现了多条断层和多组裂隙,出现了多次变形突变现象,呈台阶状跳跃增长,且变形大多位于深部10~30m,局部累计监测变形值超过100mm。根据地质、监测及坡表开裂等资料综合分析影响边坡变形的关键因素,并采用三维数值计算方法论证加固效果,复核边坡稳定性。结果发现Ⅰ区边坡是典型的结构控制型边坡,变形范围及深度与结构面fz39、L920位置吻合,变形破坏模式主要是结构面fz39、L920构成的块体KT21滑动破坏。现状条件下边坡已接近临界状态,考虑削坡减载和边坡中下部增加大吨位锚索后,边坡安全性得到显著提升。研究结果丰富了边坡稳定性研究的工程实例,为工程自身建设提供了重要的技术支撑。     

核电工程软岩地基沉降计算及沉降预测

为了解软岩地基的沉降变形规律，基于国内某实际软岩地基核电工程，建立核岛软岩地基三维有限元模型，提出了适应于软岩地基时效力学特性的流变模型，通过二次开发将所提出的黏弹塑性本构模型嵌入到FLAC3D软件中。同时采用的敏感度熵权属性识别综合评价模型对地基软岩力学模型参数进行敏感性分析，并基于均匀设计-改进遗传算法-神经网络集成理论的岩体力学参数反演分析方法，结合现场监测资料，反演获得了地基软岩的弹塑性和黏弹塑性模型的力学参数。利用反演获取的力学参数对已发生的核岛地基沉降变形进行数值重演，分析了当前荷载条件下地基沉降变形量及不均匀变形，并对后续地基沉降变形量及不均匀变形进行了预测。该套分析方法可以用于类似软岩核电工程的地基沉降变形计算以及沉降预测。      

速凝浆液岩体倾斜裂隙注浆扩散模型研究

针对以往渗透注浆扩散模型常以水平平板裂隙面为前提,未考虑岩体裂隙面产状对注浆扩散机制的影响问题,选取工程地质灾害处理中常用的水泥-水玻璃双浆液(C-S浆液)为速凝类注浆材料,将C-S浆液流型看成是具有黏度时变性的宾汉流体进行分析。基于流体力学理论及粗糙裂隙等效水力开度的确定方法,同时考虑了浆液自重作用的影响,建立了恒速率注浆条件下反映浆液黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型。在此基础上,推导了浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,定量确定了注浆压力与注浆时间及浆液扩散距离的关系。最后,借助于室内试验和有限元分析程序,研究了恒速率注浆时不同裂隙面产状下的浆液扩散规律,并将数值模拟结果与理论计算值进行对比,进一步验证了所建立的注浆扩散模型的有效性和合理性。研究成果可为注浆工程速凝类浆液注浆参数的确定提供借鉴。     

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。