水电站地下厂房洞室的关键块体分析

本文运用块体理论,包括最新的节理形迹展示理论,对某大型水电站地下厂房的洞室群进行关键块体分析。本文展现出了块体理论在实际工程的运用步骤、图形表达、稳定分析和评价.对工程人员了解块体理论和工程应用有参考价值.     

一般自由面上多面节理生成、节理块切割与关键块搜寻方法

首先介绍传统的块体理论近来的发展、应用与局限。块体理论限于研究岩石开挖表面上的可移动块体。采用切割法找到所有组成岩体的任何块体，基于裂隙的平均长度与平均间距，引进产生三维裂隙多边形的统计方法。基于裂隙多边形，介绍切割三维块体的一般方法。给定一个移动方向，提出搜索关键块体的一般方法。岩体的边界可以是任何自然岩石边坡与人工开挖的任何岩体表面。该方法适用于统计产生的分组裂隙与人工输入的个体裂隙，所引进的方法属于三维非连续变形分析的切割程序DC的应用。     

DDA方法块体稳定性验证及其在岩质边坡稳定性分析中的应用

首先,介绍DDA方法中关于块体接触力的计算过程,提出计算沿潜在滑动面稳定性安全系数的计算方法;然后,在此基础上以沿折坡单块体滑动问题为实例,利用DDA方法分别计算仅考虑滑动面摩擦角( 和同时考虑摩擦角(和黏聚力c条件下块体的运动稳定性和安全系数大小,并与理论值进行比较与验证;最后,针对乌江银盘水电工程右坝肩边坡开挖后因软弱断层控制引起的稳定性及处理措施选取问题,利用已有的极限平衡分析条块系统,将DDA方法应用于该边坡稳定性分析,对边坡的实际稳定状态及锚固效果进行对比分析与评价.研究结果表明,利用DDA方法在计算滑面上条块系统沿滑面稳定安全系数时,因其条块间接触力是建立在严格的力学平衡方程基础上,允许块体系统非连续变形,并且勿需条块界面强度等比例调用的假定,其结果对反映实际岩质边坡的稳定性应该更具合理性.另外,DDA方法关于边坡锚固模拟计算,充分反映和验证了锚杆在边坡稳定性加固处理中的效果.     

工程实践是计算方法的源泉

今天是非连续变形分析实验室成立的日子。在过去的七年中，美国、日本都希望成立这样的研究中心。现在我们这里是第一个。感谢长委与长科院领导的支持，感谢同行专家的帮助与关照，感谢实验室的同事们的辛勤劳动。 中国与世界的经验表明，工程实践是计算方法的源泉。当今中国的工程在世界上是空前的，有的工程甚至可能是绝后的。作为一个工程计算专业人员，我为能够生活在这个伟大的时代而荣幸，为能参与这个伟大的实践而倍感自豪。 中国的计算专家是优秀的。在1958年冯康先生参与北京火车站不均匀基础的计算，在60年代创立了“变分差分”方法，就是现在的有限元，与西方同步，而且有完整的收敛性证明。长委的有限元程序在国际上也是开发得比较早的。 块体理论在这里已有二十年的历史与几代人的发展，在世界上应是最先进的。中科院岩土所，清华、北大各大学的DDA也是国际先进的，在坐的张国新所长是国际上流形元的两位最优秀的研究者之一。 关于科学与学府，我的老师Goodman说，块体理论的产生证明学校的重要。他的观点不能说完全不正确，至少是不完全正确。块体理论产生于长江上游的白龙江碧口工地。有限元的发明人克拉夫在作伯克利教授之前是在密西西比河边的水道试验站工作，他一...     

不连续变形分析及其在隧道工程中的应用

我国访问学者石根华同志,在美国伯克莱加利福尼亚大学工作期间,提出了关键块体理论(Keyblock Theory),获得国际岩石力学界的普遍重视和赞赏。最近又提出“不连续变形分析”。为了使国内同行了解其内容,首先将该文内容介绍如下,然后简述其在隧道工程中的应用。“不连续变形分析”属于逆解法。例如岩石隧道,为保证其稳定,进行洞壁围岩若干测点的位移测定工作。围岩的破坏可能有多种型式:块体的滑动,转动和变形等,或是多种破坏型式的耦合过程。通过“不连续变形分析”,对测点进行计算,就可以弄清被节理切割的块体系统是如何变化其空间位置和变形状态,以便采取相应的工程措施。为了根据观测值求得最佳的位移值,分析中采用了最小二乘法,并对节理的闭合重叠加以限制。此分析方法可用于三维空间分析,为简化起见,这里只讨论二维平面条件下的情况。     

转炉托圈应力分析

为对国产大型转炉托圈进行强度安全性分析,陈先霖等同志进行了应力场计算和现场应变计测试。本文指出,托圈应力不仅应看作是机械应力与热应力的迭加,还应看作是静应力与变应力(主要由炉体倾动引起的)成分的迭加。托圈中应力水平高及应力变动幅度大的部位是应当引起重视的危险区域。此文为设计及使用中恬计托圈的强度安全性提供了定量基础。     

关键块体理论在百色水利枢纽地下厂房岩体稳定性分析中的应用

介绍了关键块体理论的工程应用技术，包括不定位块体分析、定位块体分析、随机块体分析、块体形态分析与显示、块体稳定性分析及支护措施建议等。在不定位块体分析中，根据节理平均长度假定块体的最大边长，分析块体几何形态特征，进行洞室内最大块体形态分析与显示，由此确定在支护中需要针对性考虑的关键块体，再根据块体几何特征与结构面抗剪强度，分析块体稳定性及所需的锚固力；在定位块体分析中，通过调查实际结构面出露情况，分析块体的实际形态，包括凹形块体的形态，并进行稳定性分析与支护设计校核；在随机块体分析中，随机生成结构面网络并进行随机块体搜索。在这套工程分析技术研究中，发展了一些新技术，如假定块体最大边长分析块体形态、凹形块体形态分析与显示、块体稳定性分析与锚固支护建议等。     

模拟岩石边坡倾倒破坏的数值流形法

倾倒破坏是岩石边坡破坏形式之一。对这种破坏形式的模拟要求计算方法能够正确模拟变形和应力、破坏面的发展、块体间的接触及块体的运动。数值流形法具备这种能力,可用于正确模拟岩石边坡的倾倒破坏。简单介绍了流形元法的基本原理、接触模拟的方法、接触力、接触应力的计算方法及用于倾倒破坏模拟的方法,并运用几个算例与Goodman和Bray提出的基于极限平衡原理的分析方法(以下简称G-B方法)、离心机模型试验方法进行了比较;给出了流形元结构计算的安全系数,并且用极限平衡原理结合流形元计算的应力得出了结构整体和单个块体的安全系数,同流形元结果进行了对比。结果表明:介绍的数值流形法可以正确计算边坡倾倒安全系数,模拟边坡的倾倒破坏过程。     

非连续变形分析方法模拟千将坪滑坡启动与滑坡全过程

2003年7月13日,位于长江支流青干河左岸的秭归县千将坪村发生巨型基岩滑坡。滑坡体总体积约2.04×107 m3。因千将坪滑坡位于三峡库区,且是在三峡水库首次蓄水至135 m水位后不到2周时间内发生的,其滑坡体地质特征以及成因机制受到社会各界关注。在对千将坪滑坡特征、基本地质条件与力学参数进行调查和研究基础上,利用非连续变形分析方法兼有真实时间模拟和非连续大变形问题分析于一体的优势,研究用非连续变形分析数值模型反映滑坡启动的识别方法,并对该滑坡体的启动条件和滑坡全过程特征进行数值模拟。分析结果表明,千将坪滑坡启动的原因主要是降雨以及库水位上升使得滑坡体控制性滑面力学参数降低所致;滑坡类型为由上部变形错动引起的推移式滑坡;由非连续变形分析方法模拟得到的滑坡最大滑移速度及上部最大滑动错距与实际情况具有可比性,由数值模拟得出的滑坡滑动持续时间约40 s。另外,提出的研究思路与方法可为其他滑坡机制研究所借鉴。     

流形切割及有限元网格覆盖下的三维流形单元生成

 三维流形单元生成和接触搜索算法问题是制约三维数值流形方法发展的瓶颈问题。系统详细地研究三维流形单元的生成方法,在前人工作基础上,采用三维有限元网格生成技术生成数学网格;通过块体数据结构、块体识别算法等方面的改进,将三维块体切割技术发展成流形切割技术,来解决流形块体生成问题;将石根华博士在二维NMM程序中采用的物理覆盖系统编码算法,扩展成三维流形编码算法,进而实现三维流形单元的生成。并在此基础上开发三维流形切割程序3D_MC.f90,可以实现四面体及六面体网格覆盖下任意形状三维流形单元的生成。通过几个例子可以看出,三维流形切割程序生成的流形块体形态、流形单元的节点与单元编码等均满足三维流形单元定义要求,从流形切割角度来看,说明此算法是正确的。