基于岩体结构面特征的地下水封洞库轴向优化

地下水封洞库是国家战略石油储备的主要模式,其主洞室轴向的合理布置,不仅对洞室稳定有利,而且可节省支护成本。库址区岩体结构面特征是洞室轴向布置的决定要素。通过对地下水封洞库工程区地表和深部结构面的调查,确定了库址区岩体的4组优势结构面特征;通过设置不同的主洞室轴向布置方案,运用块体理论分别计算了不同方案下洞室可能形成的关键块体的稳定性;以不稳定块体的体积、支护力、不稳定块体数目为评价指标,进行洞室轴向的布置优化,得到了该地下水封石油储备库的主洞室最佳布置轴向为NE0°～40°。研究结果对地下水封石油储备库主洞室的优化布置具有一定的工程指导意义和参考价值。     

地下水封洞库洞室轴线方向优化方法

地下水封洞库洞室轴线方向对围岩稳定性、支护费用及施工安全等具有重要影响。基于洞库工程特性,提出了洞室轴向综合优化方法和评价指标。首先,依据国内规范确定出洞室轴向可选范围;然后,基于等效连续介质模型和非连续介质模型,以围岩最大位移、塑性区体积、稳定系数及结构面最大剪位移为评价指标,确定出各模型条件下的最优洞室轴向;基于关键块体理论,以支护压力为评价指标,确定出该条件下的最优轴向;最后,全面分析各评价指标计算结果,综合确定出最优洞室轴向。结果表明:构建的数值模型应包含掌子面,以全面反映施工过程安全性;基于强度折减法确定围岩稳定系数时,使用位移-折减系数曲线的位移突变点作为临界折减系数评判方法较计算不收敛评判法更为合理。将提出的洞室轴向综合优化方法应用于山东某地下水封洞库工程,优化结果证实了该方法的可行性和可靠性,可为相关工程提供参考。     

断层破碎带与洞室间距对地下水封洞库洞室稳定性的影响研究

地下水封洞库通常在花岗岩等硬质岩体中开挖形成,其库区地质构造多发育有断裂构造、节理裂隙等不良地质结构。为了探究断层破碎带对地下水封洞库洞室稳定性的影响,依据湛江地下水封洞库库址区地质构造及地应力实测资料,基于FLAC^3D有限差分软件,分析了断层破碎带距洞室不同距离时的围岩位移及模型断面典型位置的位移。结果表明:①断层破碎带位置对洞室近边墙围岩稳定性影响较大,对远边墙围岩稳定性影响较小;②当断层破碎带距离近边墙的距离超过1/2洞室跨度时,断层破碎带对洞室围岩稳定性影响可忽略。研究成果对于类似洞库工程选址及安全距离的选择具有良好的指导作用。     

基于地质力学的某城门洞形引水隧洞进口段块体稳定分析

基于某城门洞形引水隧洞进口段详细的地质调查,通过地质力学原理,分析岩体内构造结构面体系的形成与发育过程。运用块体理论中矢量分析法,以平面逼近曲面洞壁方法,分析出该隧洞进口段的可动块体,在满足力学条件下判别出可动块体中的关键块体,计算出其净滑动力和失稳形式。结果表明,隧洞进口段结构面主要为构造面,关键块体以结构面1、2单面滑动为主,且主要分布于隧洞左、中顶面,具体位于隧洞顶偏左47.5 cm处。施工时,应重点监测关键块体出露的位置,并采取有针对性的防治措施。     

基于块体理论的大型地下洞室围岩稳定性分析

在地下洞室的开挖过程中围岩大多以块体的形式发生失稳破坏,因而研究洞室围岩的不利组合以及关键块体的结构形式、失稳模式、稳定性等有着十分重要的工程意义。本文以西南某大型水电站地下洞室群开挖稳定性问题为例,根据关键块体理论的基本原理,对地下厂房洞室群围岩局部块体稳定性进行了系统研究,并提出了相应的支护措施建议。文章引入块体理论,介绍了基于块体理论的软件——uNwEDGE,结合该电站大型地下厂房厂区地形地质条件,研究不同结构面组合条件下洞室围岩的可能滑动形式及滑动安全系数,对地下洞室的围岩稳定性进行评价,从而为地下洞室的施工提供了有益的参考。     

某水电站地下厂房块体稳定性分析

围岩稳定是地下岩体工程中的核心问题。当结构面产状比较复杂时,这些结构面与临空面组合,会形成一些可能失稳的关键块体,对这些块体的稳定性分析及加固设计尤为重要。采用空间拓扑理论及刚体极限平衡法,搜索出了潜在失稳块体,并对其稳定性安全系数进行了计算。算例表明,地下洞室块体稳定性分析对施工及运行期间的安全很有必要。     

三维岩体随机结构面切割方法

三维岩体随机结构面切割及块体分析是块体理论的新发展,成为边坡工程和地下洞室围岩稳定分析的有效手段。通过生成三维岩体随机结构面网络,将结构面相互切割,生成新的面,运用面的回路方法形成块体,然后确定岩体开挖面上的可动块体并找出关键块体。经多次模拟,可以获得岩体开挖面形成的关键块体几何形状和尺度规模等统计特征,为工程系统支护方案提供较可靠的设计依据。     

块体理论在地下水封石洞油库围岩稳定性的分析与应用

选址在围岩条件较好的地下水封石洞油库工程,围岩失稳情况以洞壁局部块体失稳为主。为了分析洞室局部块体失稳的可能性,通过现场调查,按照块体理论,首先找寻可能形成的块体,然后确定块体的滑移方式,最后利用现场调查的各项参数计算块体稳定性系数,评价块体的稳定性。按照该理论,利用Unwedge程序进行分析计算,部分计算不稳定块体方量与实际块体塌落方量相比,计算值偏小,这主要为该程序计算的块体为关键块体。总之,分析结果与实际情况基本相符。     

基于关键块体理论的岩体稳定性分析方法及其在三峡工程中的应用

针对三峡工程船闸边坡、地下厂房等岩石工程建设中面临的复杂岩体结构块体稳定性问题,阐述了引进岩体关键块体理论解决工程实际问题的关键技术及过程。以关键块体理论为基础,提出任意形状块体的体积计算、凹形块体几何构型以及考虑一般水压模式条件下的块体水载荷计算等一系列方法,实现了复杂岩体地质结构面切割条件下的关键块体识别及多种载荷组合下的关键块体稳定性评价,并应用于三峡船闸边坡及三峡地下厂房等多个工程部位岩体稳定性分析与支护评价。三峡船闸边坡施工期数百个块体几何构型及稳定性分析结果表明关键块体稳定性分析结论与现场实际块体出露特征和稳定状态总体相符。所提出的基于关键块体理论的岩体稳定性分析方法具有较好的针对性和实用性,可为其他工程岩体稳定性分析提供理论依据。     

裂隙化硬岩洞室围岩稳定概率分析方法

在较坚硬的裂隙化岩体中，地下洞室围岩的稳定性决定于岩体的失稳机理和天然的随机因素。本文以块体理论为基础，考虑岩体结构面几何参数和力学参数的随机性，研究了块裂岩体地下结构围岩稳定随机分析方法，并认为结构几何特征的随机性控制关键块体的生成概率，力学参数的随机性控制关键块体在力学上的实现概率，裂缝化岩体地下洞室围岩的失稳可能性是两者的并联事件。根据文献资料，作了一实际算例。     

大型地下洞室围岩定位块体的快速生成及稳定分析

怎样利用岩体结构面与洞室开挖面相互切割形成岩石块体是大型地下洞室围岩块体稳定分析的关键技术之一。文章介绍利用ANSYS的面、体运算功能计算块体体积,并用接触单元模拟结构面,分析块体稳定性,具有较大的推广应用性。     

中东某抽蓄地下厂房洞室群地震动力响应分析

针对中东某抽水蓄能电站地下厂房抗震稳定性问题,以掌握地下厂房洞室群围岩地震动力响应为目标,采用动力时程分析方法,依据当地及欧洲标准,对该地下厂房洞室群地震响应进行三维非线性数值模拟,分析了洞室围岩加速度、位移、塑性区、应力分布特征及支护受力特征。结果表明:在地下厂房洞室群围岩开挖面上,围岩的加速度会表现出明显的放大效应,且结构面上会加剧加速度响应;位移时程响应与输入地震荷载位移时程曲线形态一致,但在幅值和相位上有一定差异;围岩相对变形、残余变形较大的部位与加速度放大系数较大的部位一致,围岩塑性区和应力松弛区增加较为明显的部位与加速度放大系数较大、相对变形和残余变形较大的部位基本一致;在地震作用下,围岩支护结构受力增长较小,锚杆受力超过300 MPa的百分比与围岩变形、塑性区的发展规律一致。研究成果对地下工程围岩抗震稳定性分析和抗震设计具有参考价值。     

乌东德水电站洞室开挖围岩应力重分布的数值分析

为研究锚杆支护作用对乌东德水电站地下洞室围岩应力状态的影响,采用FLAC 3D软件进行数值模拟分析。模拟结果表明,设置锚杆支护提高了洞室开挖过程中围岩的最小主应力,围岩整体稳定性大幅提高;在地下洞室开挖面的顶板、顶板与侧墙以及四周全断面分别设置锚杆支护,得到的最大主应力增量分别为0.93、2.46 MPa和6.50 MPa,说明锚杆安装在四周的工况对围岩稳定最为有利;锚杆数量、长度和预应力对围岩应力重分布均有明显影响,当单侧锚杆的数量、长度和预应力分别为5根、2.0 m和60 kN时,可形成完整的圆弧应力拱,提高了开挖面围岩的整体稳定性。     

大型地下硐室围岩支护动态设计方法的研究

随着水电建设的发展,地下发电硐室规模越来越大,地质条件也越来越复杂,单一分析方法已不能满足地下硐室围岩锚固稳定分析,需要建立综合性的围岩锚固分析系统。结合拉西瓦水电站的大型地下硐室围岩支护设计过程,提出大型地下硐室围岩支护动态调整法。此方法成功地应用于该工程的围岩支护设计中,收到了良好的经济和社会效益。这种综合性的围岩锚固分析体系可以很好解决大型地下硐室围岩锚固设计。     

高地应力洞室围岩变形破坏规律研究

锦屏一级水电站右岸地下厂房地质条件复杂,地应力高,对围岩稳定造成较大不利影响。统计分析了厂区地下洞室群施工期的围岩变形破坏现象,归纳出高地应力条件下地应力方向、洞室轴线方向对围岩变形破坏的影响规律。研究表明,高应力条件下洞室群围岩破坏程度除了受最大主应力控制,还与洞室规模密切相关;而且高地应力引起的围岩破坏在时间上有滞后性,需研究实施支护的合适时机。上述结论为地下洞室后续合理施工及支护提供了理论依据,也可为高地应力区洞室轴线布置和围岩变形破坏预防提供参考。     

杨房沟水电站地下洞室关键岩石力学问题及工程对策研究

杨房沟水电站地下洞室群规模宏大、地质条件复杂,施工期围岩稳定问题突出。为解决洞室开挖过程中普遍揭露的脆性岩体高应力破坏、缓倾结构面导致的顶拱变形破坏、喷层开裂脱落等岩石力学问题,结合施工地质、监测成果和数值模拟开展动态反馈分析,对洞群围岩稳定性进行了系统地分析和预测。结果表明,在洞室群开挖过程中,上游侧拱肩位置存在应力集中,是导致脆性硬岩发生片帮破坏的主要原因,而及时、有效的系统支护对抑制围岩应力型破坏至关重要;缓倾结构面对顶拱围岩变形与稳定起着控制性作用,主要表现为断层下盘岩体坍塌破坏和深层变形问题;在中高地应力条件下,受不利地质构造和施工质量等因素控制,洞室顶拱混凝土喷层容易发生开裂、脱落问题。通过开展施工期围岩监测反馈分析,不仅能够解释围岩变形破坏机制,而且能够为支护设计优化和信息化施工提供科学依据。     

地下水封石洞油库喷射混凝土与围岩粘结强度试验方法

地下水封石洞油库采用只锚喷而不衬砌的洞室支护形式,是目前公认最好的油品存储形式。喷射混凝土通过其与岩面的粘结强度传递应力,保证喷射混凝土和围岩的共同工作。粘结强度是分析评价地下水封石洞油库洞室结构稳定性及施工质量的重要指标。针对某地下水封石洞油库工程的主洞室,采用多种试验方法开展喷射混凝土与围岩粘结强度的研究。研究结果表明:直径50 mm隔离试件不适用于地下水封石洞油库的喷射混凝土与围岩粘结强度的试验,采用直径100 mm隔离试件可较大提高试件隔离成功率,钻芯隔离试件拉拔试验强度值可作为粘结强度下限值;喷大板切割岩块试件可反映喷射混凝土与岩块的粘结强度,室内拉力试验成果可作为粘结强度上限值。对于地下水封石洞油库喷射混凝土与围岩粘结强度,建议采用直径100 mm钻芯隔离试件现场拉拔和喷大板切割试件拉力试验进行测试,利用上、下限值综合评价粘结强度。试验成果为地下水封石洞油库洞室结构稳定及施工质量评价提供了重要应用参考。     

地下洞室震害类型及破坏程度影响因素数值分析

通过对世界各国实际震害资料的搜集整理,综合分析得出地下洞室地震破坏形式有山体边坡破坏造成的结构破坏、洞口塌方、洞室横断面错动破坏、沿相交断层产生较大位移、围岩剥落、支护或衬砌扰动或变形等。运用数值模拟技术,分析地下洞室震害程度影响因素。计算结果表明地震烈度越高,洞室越易遭受破坏;圆形洞室动力稳定性较好;建在均匀、坚硬的岩石中的地下洞室不易遭受地震破坏;地下洞室所处区域地应力越大,其位移动力响应值较小;地下洞室衬砌刚度增大在一定程度上将会加大震害程度;洞室出口段容易遭受地震破坏。     

某水电站地下洞室块体稳定性研究

影响地下洞室安全的因素很多,不稳定块体是重要因素之一,因此在地下洞室开挖前,根据勘探平硐的资料,搜索出地下洞室围岩的不稳定块体,对于保证施工安全和完工后地下洞室的安全运行是非常必要的。本文以某水电站地下洞室为例,基于岩体应力变化,运用块体理论分析了围岩块体的稳定性。