断续节理作用的Interface模型及工程应用

断续节理是影响地下洞室围岩稳定的重要因素,要有效反映其影响提出Interface界面模型模拟断续节理的力学效应。以二滩水电工程大型地下洞室群为背景,对主厂房开挖考虑与不考虑断续节理作用进行了多种地应力工况的数值计算与分析,获得了主厂房洞周在断续节理影响下的位移场和塑性区分布规律,为大型地下工程围岩稳定分析提供了有益的参考。     

白鹤滩水电站地下厂房层状节理岩体变形机理分析

为了研究白鹤滩水电站右岸地下厂房洞室群开挖期间的变形破坏问题,通过分析地下厂区工程地质特征、地应力实测资料和微震监测结果,利用通用离散元程序UDEC建立白鹤滩水电站地下厂房层状节理模型,计算得到了地下厂房开挖后的应力场、塑性区、位移场分布规律,揭示了围岩变形破坏区域。研究结果表明:围岩变形量增加速率与开挖强度具有密切关系;主厂房上游侧位移大于下游侧,损伤更严重,上游层状节理密度比下游大是造成上下游变形差异的主要原因。白鹤滩地下厂房变形机制的研究对其后续施工及其安全运营具有重要意义。     

非贯通随机节理岩体的结构效应对地下洞室地震响应的影响

为研究非连通随机节理岩体的结构效应对地下洞室地震响应的影响,首先探讨了二维节理网络的生成原理,给出了结构效应影响的5个表征参数,即节理密度、节理倾角角度、节理倾角离散程度、节理迹长长度和节理迹长离散程度。以大岗山水电站主厂房洞室为背景工程,研究节理岩体结构效应对地下洞室地震响应的影响。结果表明,相同地震动水平下节理密度增加则洞室地震位移增加;节理角度在0°～80°范围内时,随节理倾角增加洞室的地震位移增加;节理离散程度较大时,随节理倾角离散程度减小洞室的地震位移减小,但当节理离散程度较小时则基本无影响;随节理迹长长度增加,洞室地震位移也增加;节理迹长的离散程度则对对洞室地震位移影响较小。结论可供节理岩体中地下洞室的抗震设计参考。     

地下岩体洞室群地震响应的加、卸载响应比分析

将加、卸载响应比理论引入地下岩体洞室群地震响应分析中。以输入的地震加速度作为加、卸载,以洞室围岩的加速度作为响应,合理地确定了加、卸载响应区段。通过有限差分程序FLAC3D建立了白鹤滩水电站13号机组剖面数值分析模型,选用汶川地震波进行动力时程计算,探讨地下岩体洞室群的地震动力稳定性,研究结果表明：在100年超越概率2%的地震作用下,白鹤滩水电站地下洞室群围岩响应比峰值范围在4.05～11.52之间;结合应力及位移分析,主厂房拱顶及层间错动带C4在尾调室上游边墙出露部位的围岩均进入了非线性变形状态,但响应比在整个时程中并没有趋于无穷大,围岩没有发生失稳破坏;错动带两侧的围岩产生了一定的相对位移,会对尾调室的边墙稳定性产生不利影响。该研究方法可应用于一般地下岩体结构的地震稳定性分析中。     

某大型地下洞室群围岩稳定性分类研究

根据地下洞室群的特点 ,选取岩体质量综合级别、块体状况、开挖位移及破坏区、岩爆烈度四因素为分类指标 ,建立了大型地下洞室群围岩稳定性分类体系。针对不同稳定性等级 ,提供了相应的开挖方式和支护处理建议。最后 ,运用该分类体系对某地下洞室群的主厂房进行了分析评价。     

地下洞室分期开挖应力扰动特征与规律研究

针对地下洞室开挖扰动分析中常忽略应力主轴旋转以及应力扰动无法量化的现状,以大岗山水电站地下厂房为研究实例,根据主应力方向与洞室横断面及洞轴线之间的几何关系,定义了描述应力主轴旋转的特征角。研究表明,洞室开挖引起了顶拱和边墙不同程度的应力释放和主方向旋转,围岩主应力均在开挖当期卸荷强烈,主应力方向在开挖当期和后继一个开挖期中旋转强烈,且顶拱和边墙部位主应力方向调整具有一定的共性,表现为最小主应力方向最终近似垂直于洞室开挖面,而最大主应力与中主应力方向则近似在平行于开挖面的平面内调整。在此基础上,考虑应力主轴旋转影响,定义应力扰动指标SDI作为描述洞室围岩应力场扰动程度的力学表征量,研究了大岗山水电站地下厂房围岩应力场扰动的时间演化过程和空间分布特征,并将数值模拟得到的强应力扰动区与现场测试的开挖损伤区进行了对比分析,相关认识和结论具有一定理论和工程意义。     

大岗山水电站地下厂房洞室群变形稳定性分析

在岩体质量综合分级和岩体结构模型概化的基础上,运用有限元系统研究了大渡河大岗山水电站地下厂房洞室群开挖完成后围岩的应力场、变形场和塑性破坏区的分布和变化特征。洞室开挖后,在其周围的角顶部位均出现不同程度的应力集中,洞室周边均存在塑性区,以拉张破坏为主,建议开挖的同时采取适当的支护措施,为洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了依据。     

佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房施工开挖过程的FLAC3D数值模拟

选取佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房区,采用三维快速拉格朗日法（FLAC3D）模拟施工开挖过程,研究了洞室群围岩的开挖变形形态和应力状态,分析了围岩和调压井高边坡在自重荷载作用下的开挖稳定性。通过对地下厂房洞室群区的加固处理,分析了围岩在加固后的力学特性。利用FLAC3D程序的Ubiquitous模型,引入了一组主要节理裂隙,分析了此组节理裂隙对地下洞室群围岩的开挖变形及整体稳定性的影响,并与无节理裂隙的数值模拟结果进行对比,综合评价了节理裂隙对洞室群围岩稳定性的影响。     

地震荷载作用下地下洞室不利地质结构塌落机制研究

目前地下结构地震动力分析主要研究围岩响应特征,对围岩中赋存的岩体结构的动力响应规律、塌落机制还缺乏深入研究。结合大岗山水电站工程地下洞室群,基于块体理论选取3种不利地质结构组合作为地下洞室群动力分析的主要结构形式,接着运用离散元程序UDEC研究两种地震动工况作用下不同不利地质结构组合切割的地下洞室围岩动力响应、变形特征以及节理的张开、滑移特征,分析开挖面附近块体的塌落机制。研究结果表明,陡倾角结构面切割形成不利地质结构对地下洞室围岩变形破坏机制影响较大;在地震荷载作用下,陡倾不利地质结构沿节理面的滑塌具有突发性,并且塌落模式随地震强度增加可能发生变化。     

锦屏一级水电站地下厂区破坏成因分析

锦屏一级水电站地下厂区位于雅砻江右岸一套大理岩地层中,埋深350m,地下厂区洞室在开挖过程中,围岩出现各种变形破坏现象。通过分析破坏现象,总结了破坏现象的规律性:主厂房及主变室破坏现象主要集中在下游边墙顶拱,破坏方式以岩体开裂为主;母线洞及压力管道下平段破坏现象主要集中在顶拱外侧,破坏方式以弯折破坏为主。最后利用数值模拟结果解释了径向应力大于岩体强度是引起锚索超限的原因。     

锦屏一级电站尾水调压室大角度上仰孔锚索施工

锦屏一级水电站地下厂房尾水调压室顶拱发育有f14、f18断层及煌斑岩脉,开挖后出露断层及其影响带岩体破碎,风化强烈,围岩不稳定,为了洞室稳定及施工安全,设计采用预应力锚索进行加强支护。介绍了尾水调压室大角度上仰孔锚索的施工方法。     

彭水地下电站围岩稳定性分析

在分析彭水地下厂房地质条件的基础上,采用3DEC程序建立了3#机组部位三维离散元数值计算模型,对地下厂房开挖支护全过程进行了计算,详细分析了围岩变形情况、应力状态、塑性区分布及稳定性影响因素。计算结果反映：按基本计算条件,地下厂房开挖支护后,围岩整体稳定性良好。受开挖及结构面空间组合作用,上、下游边墙部位变形量在15? 35 mm左右;边墙变形主要发生在从其开挖往下的2?3级开挖步之内,从整个厂房开挖来分析,223.0?201.0 m高程开挖阶段对围岩稳定影响最重要;围岩稳定主要受层面、软弱夹层及贯通节理特性及其切割块体在开挖临空面的位置控制,局部分布的页岩本身变形及地应力因素对围岩稳定性影响相对较小。     

基于强度折减原理的地下洞室群整体安全系数计算方法探讨

为解决大型地下洞室群的整体稳定性评价这一难题,吸收边坡强度折减有限元的优点,提出了基于强度折减技术的地下洞室群整体安全系数求解方法。该方法采用Mohr-Coulomb屈服准则,以洞室之间的等效塑性应变贯通作为洞室群整体失稳的临界判据。洞群整体安全系数计算是通过搜索折减系数F,将岩土材料的力学强度参数（黏聚力c和内摩擦角?）按F值折减代入数值计算中,使计算模型的洞室间正好出现明显的贯通性等效塑性应变来实现。拉西瓦水电站地下发电枢纽洞室群和锦屏二级水电站A、B辅助洞两个典型工程实例的整体安全系数计算表明,该方法可以便捷、客观地获得洞室群的整体安全系数,可为大型地下多洞室的稳定性评价和开挖与支护设计提供定量指标和科学依据。     

复杂断层网络环境下地下洞室群三维地质分析与应用

断层构造是制约地下工程设计与施工的关键因素。综合考虑复杂地质构造与地下洞室群结构的耦合关系,采用三维地质建模方法建立实现了地层体、断层体与地下洞室群结构的统一模型。基于三维模型提出了断层复杂度的概念,为水利水电工程地下厂房洞室群的选址方案分析提供了一种新的手段。针对地下围岩稳定性问题,提出基于断层与断层、断层与开挖面相互切割的曲面块体识别方法,搜索地下厂房洞室群内可能的失稳区域。上述方法已成功应用在某水电工程地下厂房洞室群分析中,在设计方案优化分析中取得了良好的效果。     

水布垭尾水洞开挖与支护顺序的智能优化分析

选取清江水布垭电站尾水洞区域,通过正交设计构造不同的开挖与支护施工方案,建立三维数值模型,模拟施工开挖衬砌支护过程,研究了复杂地质条件下大型地下洞室群围岩开挖位移和塑性区;用进化神经网络学习预测其余方案,优化全局方案,构建稳定性的综合判据指标,分析大型洞室群的整体稳定性,得到最优的施工顺序,为设计和施工提供了参考依据。     

复杂开挖条件下大断面洞室围岩的变形及力学特性研究

大型地下洞室的开挖施工往往面临复杂的地质环境以及复杂的施工程序, 研究这种条件下围岩的应力和变形规律不仅有助于进一步认识岩体的力学性质, 而且可以为大型地下工程的支护设计和施工提供重要的参考, 因而具有一定的实际意义。地下洞室的变形及稳定性问题主要集中于顶拱围岩, 以向家坝水电站地下厂房为例, 采用三维离散元程序3DEC, 研究了在复杂的开挖条件下洞顶围岩的位移和应力变化规律, 将计算位移与实际监测结果进行了对比, 提出适当的支护时机是系统支护滞后于掌子面约5 ~8 m。      

基于尺度律的裂隙网络生成及其对地下厂房稳定性的影响分析

以锦屏二级为工程背景,通过对猫猫滩闸址区域内断层的统计,得到断层数量与尺度的幂律关系,并通过分段线性拟合的方法估算了断层系统的尺度-数量分维发现,当断层迹长 0.1 km时,分维 0.487 5;当断层迹长 0.1 km时,分维 1.496 1。通过该尺度律关系,结合蒙特卡洛法,推演了更小规模的节理的空间分布。运用DDA数值计算程序,分析并模拟了大水沟地下厂房的开挖过程,获得了高度节理化的由开挖引起的应力、位移变化图。