含节理岩体深埋引水隧洞围岩稳定性分析及优化设计研究

针对某水电站引水隧洞实际地质情况,采用离散单元法,深入研究了含节理岩体深埋引水隧洞初始应力、开挖锚喷支护及运行期工况下围岩应力分布情况及变形特点.研究成果表明:洞室开挖后顶拱及边墙部位顺节理方向变形突出,受围岩拱效应的影响底板出现较大位移,且局部存在应力集中现象;塑性区及锚杆拉应力呈明显不对称分布状态,节理对岩体整体稳...     

离散单元法隧洞施工全过程仿真技术研究

离散单元法特别适合于模拟节理岩体的力学行为,但实际操作起来比较困难.隧道总是位于无限体或半无限体中,而计算模型具有一定的有限尺寸,它的远处边界常为固定边界.在连续介质体数值模拟中,计算模型尺寸常取至少五倍的隧道直径以满足计算精度的要求.对于UDEC离散单元法模拟,由于岩石节理的存在,其计算模型尺寸应该更大以获取相当的计算精度.然而计算模型越大意味着计算模型含有更多的节理单元,需更长的计算时间和更高的计算成本.总结出了隧洞施工全过程离散单元法的几个关键技术,并通过偏桥水电站引水隧洞K2+010～K2+310地段的隧洞稳定性分析,探讨了其实用性.     

基于离散元的滑塌式危岩体失稳机理研究

为了研究滑塌式危岩体在地震动作用下的响应规律和失稳机理。以大渡河双江口水电站２７＃ 危岩体为例,利用离散单元法对滑塌式危岩体在地震作用下的动力破坏情况进行数值模拟。结果表明: 滑塌式危岩体在地震荷载作用下发生破坏后,失稳块体的运动主要分为三个阶段:启动准备阶段、加速 下滑阶段、滞留稳定阶段。结论揭示了地震作用下块体以滑动为主,滚动为辅的失稳规律,为危岩防灾 减灾提供参考和借鉴。     

地下水对节理岩体隧洞围岩稳定性的影响

采用离散网络渗流模型模拟节理岩体中的渗流,分析渗流对节理地下洞室稳定性的影响。通过对洞室开挖后常规静力荷载、常规静力荷载与渗透压力耦合作用以及常规静力荷载作用下考虑地下水对洞室围岩的软化作用3种工况进行模拟,得出洞室在3种工况下的应力和位移变化情况。结果表明:考虑地下水与否,不受其他外加荷载作用时,节理岩体地下洞室的围岩都不会遭到破坏;有高水头地下水作用时,渗透压力对洞室围岩的影响要比地下水对洞室围岩的软化作用对洞室围岩的影响大得多;渗透压力对地下洞室围岩的影响主要集中在洞顶部位,洞室侧壁围岩受地下水的影响较小。     

低强度岩体中开挖水工隧洞的经验

隧洞掘进机（ＴＢＭ）的性能受岩体硬度，以及整体岩石质量及掘进机操作人员经验的影响。岩石硬度控制着ＴＢＭ的进度，如果ＴＢＭ为频繁更换刀具而不得不停机，就要延长非操作时间。探讨了几种现场测量方法，作为选择岩石进行试验的手段。介绍了几组岩石硬度与ＴＢＭ实际进度有关的室内试验成果。由于隧洞通常位于山丘地带，故岩石覆盖厚度，以及地应力亦会控制隧洞掘进进度，尤其是对于低强度岩石。本文提出了一个根据岩石深度判断     

断面尺寸对节理岩体隧洞位移的响应

通过对不同断面形式、不同尺寸、不同埋深下的节理岩体隧洞进行分析研究,模拟研究了节理岩体隧洞围岩位移受断面尺寸影响的规律,其中隧洞断面形式考虑了城门洞形、正方形、圆形3种。结果表明:一般情况下,在隧洞埋深或断面尺寸增大时,围岩关键点位移增大;当隧洞埋深与断面尺寸均增大时,围岩关键点位移增大更为显著;在相同埋深下,围岩关键点位移随隧洞断面尺寸的增大而增大;在仅埋深变化和仅隧洞断面尺寸变化时,洞底关键点最大位移可能相同,这种情况发生的概率很小且只发生在洞底部位;正方形隧洞受断面尺寸影响最大,而洞底是受断面尺寸影响最小的部位。     

水工隧洞衬砌结构非线性地震响应分析

为了合理描述水工隧洞衬砌混凝土的非线性力学特性,采用塑性损伤模型模拟了混凝土材料在地震荷载作用下的本构关系。在此基础上,通过将混凝土刚度与钢筋材料刚度叠加来考虑衬砌中钢筋结构对衬砌刚度的强化作用,并基于此建立了衬砌结构非线性有限元分析模型。结合动力时程法模拟衬砌结构地震响应全过程,建立了完整的衬砌结构地震响应分析模型。通过将该模型应用于某水工隧洞地震响应数值计算中,分析了衬砌结构非线性地震响应特征。结果显示:地震过程中衬砌结构腰部的位移响应较大,衬砌结构整体产生了较为明显的结构变形,导致衬砌腰部最大拉应力达到了1.3MPa左右并超过了混凝土抗拉强度;震后衬砌结构内侧受到附加动水压力的影响,导致其损伤程度较大,损伤最为严重的区域主要分布在衬砌腰部,最大损伤系数达到了0.7左右。     

不同断面形式节理岩体隧洞位移响应模拟

选择影响节理岩体隧洞稳定性的隧洞埋深、节理间距等因素进行模拟分析,得出不同断面形式隧洞的位移响应。结果表明:在侧压力系数为1时,节理岩体隧洞无论断面形式采用圆形、城门洞形还是正方形,隧洞各部位关键点位移都随隧洞埋深的增大而呈增大趋势,城门洞形隧洞侧壁围岩位移受埋深影响较为显著,圆形隧洞洞底位移受埋深影响较小,圆形、正方形隧洞洞顶位移受埋深影响较为显著;当节理间距缩小后,圆形隧洞和城门洞形隧洞能够更好地适应节理岩体的地质条件,但正方形隧洞在含交错节理时易形成楔形体,从而威胁隧洞局部稳定。     

节理岩体隧洞开挖爆破损伤特性及爆破方案研究

隧洞爆破开挖不可避免地会对围岩造成损伤,影响围岩稳定。以玉瓦水电站引水隧洞的钻爆开挖为研究对象,基于三维动力有限元(LS-DYNA)软件,对隧洞围岩在爆破开挖过程中的损伤演化过程进行了模拟分析,重点研究了围岩节理面和开挖程序对爆破损伤演化特性的影响。结果表明:节理面的存在抑制了垂直于节理面方向上的爆破损伤而促进了平行于节理面方向上的损伤演化;爆破开挖程序、循环进尺和单响药量均对围岩损伤有显著影响,施工中采用分层开挖、减小开挖循环进尺、控制单响药量等措施,能够有效地抑制爆破损伤。研究结果对控制隧洞超挖及确保围岩稳定具有重要指导意义。     

高地温水工隧洞节理围岩温度场及塑性区特性研究

高温效应及其围岩节理结构特征对隧洞稳定的影响是高地温隧洞设计的关键问题。文章基于高地温隧洞现场温度及位移数据,分析高地温隧洞节理围岩温度变化特性。同时采用离散元方法模拟不同高温、不同节理结构特征隧洞围岩温度场、位移场规律及塑性区分布范围。结果表明：相对于完整围岩,节理围岩减少了隧洞围岩变温区的面积,并且节理倾角越靠近水平方向或竖直方向对温度场的影响越大。节理围岩在一定程度上可阻止变形位移量。热力耦合作用下节理围岩塑性区面积仅是地应力作用下塑性区面积的2倍左右,且节理倾角与竖直方向夹角越小,节理围岩的塑性区面积越大。当节理倾角为90°时,节理围岩的塑性区面积最大。     

水工压力隧洞有限元模型简化算法

 水工压力隧洞结构复杂,进行有限元分析时其前后处理及计算的工作量巨大,因此寻求一种有效的简化算法尤为重要。水工压力隧洞在受内水压力作用时,衬砌将压力部分传递给围岩,同时受到围岩的被动抗力。在进行有限元分析时,主要关注的是压力隧洞衬砌及其外围一定范围内围岩的应力和变形情况。对于均质连续岩体,通过模拟围岩抗力,可以仅取衬砌及其附近围岩作为分析对象,将水工压力隧洞应力分析转化为受内、外压的厚壁圆筒。从而仅对厚壁圆筒划分有限元网格,大大减少了前后处理和计算的工作量。     

水工隧道衬砌地震作用力计算方法探讨

在进行水工隧道衬砌地震作用力计算时,目前采用的解析方法存在加力困难,数值计算方法对初始应力场的使用方法不严密,两种方法对围岩类别和埋深的影响考虑不充分并且计算结果相差较大。针对存在的这些问题,改进了荷载施加方式,修正了初始应力场,得到了比较满意的结果。     

水工隧洞灌浆问题

本文依据一些工程资料对隧洞灌浆中的回填灌浆；固结灌浆和接触灌浆等问题作一综述。     

基于UDEC的高度节理化隧洞围岩稳定性分析

以新疆某导流隧洞工程为背景,针对主次节理高度发育、围岩破碎呈散粒状的特点,设计人员提出施加20 cm的混凝土衬砌以满足围岩稳定性要求,为验证设计方案的合理性,提出应用二维离散元软件UDEC进行数值模拟分析.分析表明UDEC离散元软件能够直观反映围岩质量较差区域施加衬砌前后隧洞围岩沉降情况和塑性区变化范围,同时根据施加衬砌后围岩变形量能够收敛于某一值衡量衬砌厚度的合理性.     

节理岩体的有限元模拟研究综述

本文综合阐述了对于节理岩体进行有限元模拟所用的两种方法,即采用特殊的节理单元或者运用等效模拟的方法。阐述了常用的节理单元的发展,并介绍了基于等效模拟思想的节理岩体复合本构模型,其中典型是均匀节理单元。最后指出,可以把研究重点放在均匀节理岩体的推广与应用上。     

边坡地震响应的动力有限元分析

边坡的地震响应是一个复杂的命题,也是近年来的的热点,尤其是“ 5.12 ”地震以后。目前,动力有限元是解决边坡地震响应问题行之有效的方法之一 , 它以地震时程加速度作为反映地震荷载的主要因素,能够定量地反映出地震时程加速对边坡不同的应力场、位移场、运动速度的影响。以某水电站坝前一个受“ 5.12 ”地震所诱发复活的巨型滑坡为例,运用动力有限元软件,对该滑坡进行了地震荷载作用下的响应分析,计算得出了地震作用下该滑坡产生的水平垂直动位移、加速度、最大剪应力场。最后,图示说明了滑坡在地震作用下的往复振动对其稳定性的影响,得到了该滑坡的安全系数时程曲线,各项计算结果量值与地震后滑坡实际量值一致,这表明“ 5.12 ”地震是导致该古滑坡复活的直接原因。     

节理岩体陡倾高边坡抗滑稳定性研究

在分析岩体节理裂隙发育的陡倾高边坡的抗滑稳定性时,滑移模式的确定和计算方法的选择是非常重要的。以吉林台一级水电站联合进水口引渠左侧边坡的抗滑稳定性计算为例,在对岩体结构面的几何特征进行系统统计分析的基础上,探讨了边坡的失稳模式,并用Sarma法对该边坡进行了稳定性复核。     

瀑布沟水电站泄洪洞地震动力分析

采用有限元分析方法，分析计算了地震波作用下瀑布沟电站泄洪洞出口段2—2剖面岩体与衬砌结构的变形、应力及加速度特性，计算表明，地震作用下动破坏区及衬砌内偏压现象均有显著增加。依据其动力破坏区发展深度．提出了抗震加固处理措施。     

爆破荷载诱发节理岩体边坡位移突变的能量机理研究

爆破荷载是水利水电工程岩石边坡开挖主要动力扰动因素之一,在爆破开挖过程中常会出现位移突变.首先根据某节理岩质边坡实测位移数据进行分析,然后结合数值模拟研究了爆破荷载诱发节理岩体边坡位移突变机理及其变化规律,最后探讨爆破设计参数对节理岩体边坡位移突变的影响.研究表明:爆破荷载下,节理岩体的位移突变是由爆破荷载升压阶段岩体...