白鹤滩大型地下厂房开挖围岩片帮破坏特征、规律及机制研究

 在建的金沙江白鹤滩水电站地下厂房开挖规模巨大,其复杂地质条件和高应力导致围岩破坏现象突出。针对左、右厂房第一层开挖过程中曾频繁遭遇到的围岩片帮破坏问题,结合地质、施工、测试、试验及数值分析资料,全面总结和深入分析玄武岩片帮机制。首先,归纳和总结地下厂房围岩片帮破坏的基本特征与规律,包括其表现形式、形态特征、空间位置、破坏规模、滞后规律、破坏发展特征、对应岩性及支护特征等主要信息;进而重点探讨厂区地应力、岩体结构、岩性、施工因素等对围岩片帮的影响规律;最后,综合分析揭示片帮的形成与发生机制。该研究可为白鹤滩水电站地下厂房后续开挖过程中围岩片帮破坏的预防和调控提供重要支撑,也可为同类高地应力条件下大型地下洞室类似围岩破坏的防控提供参考。     

陡倾柱状节理岩体洞室松弛特征与破坏机制

白鹤滩水电站柱状节理岩体具有特殊的柱体结构特征,洞室开挖后卸荷松弛破坏严重。通过对白鹤滩水电站4#导流洞柱状节理岩体现场破坏调查、位移和松弛深度监测,发现柱状节理洞室呈现典型的非对称破坏特征,不同部位松弛深度差异较大,左右侧边墙破坏模式受倾角影响,分别呈现倾倒破坏和滑移破坏。离散元数值模拟结果显示洞室表层围岩主要以柱间节理张拉破坏为主,内部围岩以剪切破坏为主,左右侧边墙不同的变形破坏特征是柱体倾角和地应力综合作用的结果。最后分析了不同柱体倾角对洞室变形破坏特征的影响,不同倾角下洞室各部位松弛深度差异显著,应根据洞室不同部位塑性区深度和柱体角度进行预应力锚杆设计。     

高应力地下交叉洞室爆破诱发掉块的微震活动及震源机制研究（英文）

岩体掉块是在地下洞室开挖过程中容易遇到的破坏灾害之一。为客观评价爆破开挖引起的地下交叉洞室岩体掉块的微震活动及震源机制,在白鹤滩水电站母线洞安装了6个单轴加速度计和8个单轴检波器,开展原位微震监测试验。在时域上,生产爆破的微震活动响应表明,爆破后3 h内,微震活动处于活跃阶段。在空间域上,随着工作面的推进,开挖区周围的应力集中分布,岩体的破坏和劣化逐渐加剧。微震事件的活动区域与应力集中区域一致。基于矩张量反演法分析破裂机理可知,地下交叉洞室岩体掉块的破裂机理以拉张断裂为主。研究结果可为类似地下洞室围岩的稳定性分析、爆破开挖及支护优化等问题的重新思考提供重要参考依据。     

电力盾构隧道下穿河道的安全施工技术

北京市昌平区顺于路西延电力隧道采用盾构法穿越温榆河,存在覆土浅、易出现涌砂和隧道上浮等风险,因此,对土仓压力、掘进速度、出土率和注浆量等施工参数进行了优化设置,制订了盾构机与管片姿态控制、注浆控制、渣土改良和设备保证等技术措施。按照设定施工参数,对过河施工过程进行了数值模拟,计算显示,地表下沉值等较小,盾构机可以安全穿越温榆河。     

高应力大直径圆筒形洞室围岩变形破坏特征与失效机制

针对高应力大直径圆筒形洞室出现的岩爆、喷层开裂和钢绞线弹出等变形破坏现象,通过现场破坏调查、岩体位移和锚索应力监测,详细说明了围岩变形破坏的发展演化过程,并通过钻孔摄像观测了围岩内部破裂特征,进而总结了围岩变形破坏的演化模式。通过数值模拟揭示了洞室围岩变形破坏机制,并提出了合理的支护建议。高应力大直径圆筒型洞室变形破坏是一个链动灾害过程,围岩内部开裂导致了岩体位移和锚索荷载增加,锚索荷载超限时钢绞线断裂弹出,失去约束的洞壁围岩和喷层在卸荷作用下鼓胀开裂。高初始地应力和开挖后诱发的应力集中,玄武岩起裂强度低,临近洞室开挖诱发应力叠加,应力集中区支护强度较弱等综合因素导致了围岩内部开裂的产生。在洞室围岩应力集中区设置足够的预应力长锚索和合理的张拉力,可以有效减弱围岩内部破裂深度和程度。     

高应力下硬岩卸荷破裂:白鹤滩水电站地下厂房玄武岩开裂观测实例分析

依托我国目前在建最大的白鹤滩水电站地下厂房面临的高应力诱发围岩破坏问题,通过现场围岩破坏统计调查和岩体钻孔摄像连续观测,全面揭示洞室开挖强卸荷下玄武岩内部破裂的演化全过程。厂房洞室现场围岩表层开裂破坏调查表明:玄武岩卸荷片帮破裂不仅可发生在完整岩体表面,还可发生在含一、二组非充分发育节理的岩体表面,失稳表现形式为片状与板状剥落。进一步的破裂岩片表面细观三维光学扫描和微观电镜扫描分析显示其表面较为粗糙(JRC一般大于8),晶体撕裂无擦痕,揭示了玄武岩片帮的张拉破坏机制。厂房洞室围岩的钻孔摄像连续观察揭示:玄武岩卸荷开裂具有空间非连续性、最大开裂深度逐步增长、裂隙宽度时效增大或减小、锚杆和锚索支护对开裂抑制作用明显等特征。且现场观测还发现,围岩表面的破坏与内部的时效开裂具有协调性,即围岩的开挖损伤区范围内岩体是逐步开裂,当围岩开裂随着时间发展到一定深度且裂缝随时间发展到一定宽度,围岩表层剥落、片帮等破坏行为随即出现。对白鹤滩玄武岩卸荷开裂的观测研究不仅直观揭示了一种高应力下硬岩卸荷破坏的表现形式,还表明监测岩体时效开裂发展过程对于深部硬岩的工程灾害预警和支护优化具有十分重要的意义。     

爆破荷载下白鹤滩大型地下厂房累积损伤机制研究

白鹤滩水电站大型地下厂房爆破开挖过程中脆性破坏频发，采用微震监测、多点位移计、锚杆(索)测力计等多种原位监测设备，全面揭示大型地下厂房爆破开挖卸荷下脆性玄武岩的力学响应行为。原位综合监测结果表明，多次爆破开挖后，围岩破裂、变形和应力均发生了一定程度的增长。进一步分析证实，围岩变形与其内部微破裂具有协调性，即爆破荷载作用下岩体逐步开裂，岩体经历裂纹压密、微破裂萌生、破裂扩展等连续破裂阶段，同时伴随围岩变形的增长。基于能量指数和累积视体积的微震参数预警方法，能够有效预警围岩宏观破坏的风险。研究表明，监测爆破荷载诱发的“破裂-变形-应力”演化信号对高应力硬岩地下工程施工方案优化及地质灾害预警具有重要的指导作用。     

白鹤滩柱状节理玄武岩几何结构特征分析及其几何模型构建

柱状节理岩体具有独特的几何和地质构造特征,其源于基岩冷凝收缩而形成的横截面为不规则多边形的柱体结构,是自然界存在的独特几何构造奇观.在白鹤滩水电站左岸坝基开挖过程中,出露了大面积的不规则柱状节理玄武岩,给大坝基础安全建设带来不均匀沉降变形破坏等隐患,为此本文对其几何结构特征进行了大量的现场调查研究并开展相应的力学机理分...