深切河谷区地应力场分布规律研究

 基于对南水北调西线工程7个坝址区水压致裂法地应力测试结果的统计分析,初步得出深切河谷区最大水平主应力量值随深度呈分段线性关系的结论。分析结果还表明在河谷埋深较浅部位(即应力释放区),最大水平主应力值随深度的增加幅度较小,而在较深部位(即应力集中区),最大水平主应力值随深度的增加幅度较大。此外,利用有限差分程序FLAC3D,对阿达坝址区的地应力场进行反演。研究结果表明：(1) 河谷卸荷作用对浅部谷坡的地应力场影响较大,在该区域采用水压致裂法确定地应力场误差可能会比较大;而对河床区域应力场方向的影响较小,采用水压致裂法来确定河床区域的应力场是可行、可靠的;(2) 不仅河谷区地应力场存在3个分区即应力释放区、应力集中区和应力平稳区,岸坡地应力场也存在上述3个分区;(3) 阿达坝址区河谷底应力集中范围在河床下60～140 m范围内;(4) 深切河谷区应力集中区的深度受岩体卸荷强弱程度和地形地貌的差异影响较大。     

乌东德地下厂房岩体深部加固及施工程序研究

乌东德水电站右岸地下厂房洞室群赋存于前震旦系褶皱基底,为陡倾下游的层状浅变质岩。主厂房第Ⅵ层大桩号段开挖时,单次长度达35.0 m,由于上游边墙处的施工支洞顶部岩体挖除、侧向约束解除、边墙高度突增,导致主厂房上游边墙岩体深部出现较大范围的沿层面开裂及滑移、围岩变形及锚索受力陡增,危及到主厂房施工及运行期安全。为此,采用三维离散元法对岩体开裂部位加固及第Ⅵ层后续开挖区段长度进行了对比研究,并提出了"锚索+接缝灌浆"的处理方案及"小区段、间隔开挖+及时支护"的施工程序。目前,右岸地下厂房已全部开挖完成,各部位监测项目均已收敛,监测成果验证了加固方案及开挖程序的合理性。相关思路可为后续同类工程的建设提供参考。     

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。     

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。     

双楔形掏槽方法和光面爆破技术的综合设计

针对一些围岩较为坚固难爆的巷道,采用新型的双楔形掏槽方法并结合光面爆破技术,通过理论分析得出了炮眼直径、炮眼深度、炮眼数目、炮眼的布置方式、炮眼装药量、炸药单耗和一次起爆药量等爆破参数。最后,通过具体应用示例,验证了这些参数确定方法的正确性。     

长江科学院召开国家重点研发计划项目"大埋深隧洞围岩大变形及岩爆预测与防控技术"中期成果研讨会

2018年5月22—24日,国家重点研发计划项目"长距离调水工程建设与安全 运行集成研究及应用"课题二"大埋深隧洞围岩大变形及岩爆预测与防控技术"中 期成果研讨会在武汉召开.本次会议是课题启动后课题内部开展的中期进展交流会, 会议由课题负责人长江科学院岩土力学与工程重点实验室副主任、岩基研究所所长丁秀丽教授级高级工程师主持,课题参与单位有:中水北方勘测设计研究有限责任公司、长江勘测规划设计研究有限责任公司、中国科学院武汉岩土力学研究所、武 汉大学、水利部水利水电规划设计总院、新疆伊犁河流域开发建设管理局、陕西省引汉济渭工程建设有限公司、甘肃省水利水电勘测设计研究院和中铁隧道股份有限公司等,以及长江科学院岩土力学与工程重点实验室数值方法与工程岩体稳定性学 科相关科研人员30余人参加了会议.     

岩体质量等级倾向性预测灰评估优化模型及应用

针对地下工程岩体质量分级中指标权重确定方法存在的缺陷,通过对传统熵权法进行改进,并结合三标度层次分析法(AHP法),提出一种用以确定地下工程岩体质量等级各指标权重的方法。在此基础上,选取若干影响岩体质量等级的主要影响因素,并对灰色聚类法进行优化,建立了地下工程岩体质量等级预测的灰评估优化模型(OGEM-MEW-AHP模型),利用该优化模型对广州抽水蓄能电站一期工程不同部位获得的测试数据判定岩体质量等级,并与传统熵权-灰评估模型的预测情况进行了比较。结果表明,优化模型的预测结果与实际情况较吻合,且精度更高,进一步说明优化模型有效、合理,为地下工程岩体质量分级提供了一种切实可行的途径。     

岩体裂隙产状对速凝类浆液扩散规律影响研究

通过选取地下工程灾害处理中常用的水泥－水玻璃双液浆（Ｃ－Ｓ浆液）为速凝浆液注浆材料,将其当作一种具有黏度时变性的宾汉流体。基于流体力学理论,建立了综合考虑浆液自重及其黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型,继而推导了注浆扩散过程中浆液黏度和压力时空分布方程。在此基础上,借助室内试验和三维有限元程序,对理论模型的有效性和合理性进行验证。最后,基于构建的注浆扩散模型,系统分析了岩体裂隙产状对浆液扩散规律的影响。研究表明,岩体裂隙倾角和浆液扩散方位角均会对浆液扩散特征产生显著影响,在实际注浆过程中应给予足够重视。     

基于改进的灰评估模型在岩爆中的预测研究

岩爆是深部高地应力区岩体开挖过程中常见的一种复杂的动力失稳现象。由于影响因素众多,且各因素在岩爆的孕育过程中所起的作用尚不十分明确,可以将岩爆与其影响因素间的复杂关系当作灰色系统,利用灰色聚类方法进行研究。根据岩爆的成因及特点,选取洞壁围岩的最大切应力 、单轴抗压强度 、单轴抗拉强度 及岩石弹性能量指数 作为影响岩爆的主要因素,并以应力系数 / 、脆性系数 / 及弹性能量指数 作为评价指标,通过对灰色白化权函数进行优化,建立改进的岩爆预测灰评估模型。该模型解决了传统模型存在的灰类多重交叉性及不满足规范性等问题,理论上更完备。采用改进模型对国内外若干深部岩石工程岩爆初始数据进行研究,并与传统模型的预测结果进行对比,发现改进模型的结果与实际情况吻合更好,预测精度更高,从而验证了改进模型的有效性及实用性。研究方法为岩爆的准确预测提供一种切实可行的途径。     

复杂地质条件下坝区初始地应力场二次反演分析

为准确获得南水北调西线工程加塔坝区初始地应力分布规律,提出综合反映工程区复杂地质条件及地层剥蚀过程的地应力场二次反演方法。首先,主要考虑工程附近大区域内的地形地貌、断层褶皱及河谷的发育演化史等因素,建立坝区大尺度计算模型,采用遗传神经网络法及FLAC3D计算程序对坝区初始地应力场进行一次反演;然后,考虑坝区附近主要地质构造,建立小尺度精细模型,通过从一次反演中提取小范围模型边界上的应力值进行拟合,初步获得精细模型的非线性边界条件,并采用遗传神经网络法对边界参数进行优化,对初始地应力场进行二次反演。研究结果表明:一次反演计算获得的初始地应力场在局部构造附近与实测值相差较大;二次反演考虑局部地质构造的影响,同时结合一次反演的计算成果,各测点的应力计算值与实测值吻合更好,所提出的反演方法可为类似工程的研究提供借鉴。