大型地下洞室群开挖的施工预测解析与信息化管理

介绍了天荒坪抽水蓄能电站地下厂房洞室群施工预测解析与信息化施工管理的工程实例。工程开工 后完全模拟洞室的开挖实况,进行了三维弹塑性有限元计算分析,预测了洞室开挖过程中围岩应力、位移和屈 服范围的变化规律。根据计算结果及施工现场的观测结果,及时修正调整了施工期的支护参数,确保了工程的 顺利完成。     

地下工程中初始地应力场分布参数及弹性模量的位移反算分析方法

利用现场观测资料的反算分析,是进行洞室围岩稳定分析及了解岩土介质中洞室的力学性状与设计参数的一种重要手段。它对于解决实际工程问题,推进对岩石力学及工程问题的研究,都具有重要的意义。本文提出并论证了大型地下工程或洞室群中围岩初应力场的反推分析方法,使得可以对较复杂的分布地应力场的分布参数及介质的弹性模量进行反推计算。文中的算例说明了该方法的正确性和实用性。     

地下厂房试验洞的粘弹性反分析

结合某地下厂房试验洞量测资料的分析,研究成层各向异性岩体中洞室工程粘弹性问题的反分析方法。反分析计算时采用分层均质模型,将计算区域内各层岩层分别视为均质各向同性体,初始地应力假设成线性分布。有限元分析中,对倾斜成层的岩层、软弱夹层及断层节理等分别划分了单元,以模拟成层岩体的分布特征及其对洞室工程在受力与变形方面所产生的一些各向异性宏观效应。为使计算过程简化,对离洞室较远的地层按地质资料对材料特性参数赋值,通过弹性反分析计算出地层初始地应力;采用三元件模型,建立围岩粘弹性反分析模型,反演求得试验洞相邻围岩的粘弹性参数值。为工程设计与支护提供了可靠的依据。     

岩石洞室受爆炸应力波作用的破坏效应

基于工程观测资料,采用现场试验数据综合分析、小比例化爆模拟实验和岩石脆性破坏模型的三维动力有限元数值模拟的方法,研究了深埋岩石洞室在爆炸应力波荷载作用下随着各种条件的变化而发生的破坏效应.总结了洞室宏观破坏的一般规律,编制出新的洞室破坏分区表.水泥砂浆材料小比例化爆模拟实验表现了完整多孔硬岩中洞室应力波破坏的特征,扫描电镜试验表明洞室微观损伤破坏的变化规律与宏观破坏现象具有一致性.在数值模拟研究中采用了实测经验应力波规律和能表现材料破坏后性能劣化及脆性破坏非连续各向异性发展的材料模型,创建了适用的洞室工程破坏准则,编制了动力有限元参数化分析的计算程序,计算了大量模型的洞室破坏历程和最终工程状态,工程实例计算表明数值模拟方法是合理可行的.通过数值模拟研究了在不同荷载、工程特征、地质特征下岩石洞室破坏的定性和定量特征.     

普氏理论在人防洞室评价中的应用

在城市的旧城改造中,常常在建筑物基础下碰到人防洞室.如何正确地对人防洞室进行分析、计算与评价,关系到对人防洞室处理的优劣和建筑物的安全使用.现在普遍应用的普氏平衡拱理论,属于松动围岩压力范畴,是苏联学者MM普罗托奇雅阔夫在1909年提出来的,它具有一定的经验模拟和理论基础,在我国地下工程建设中被广泛应用.本文通过一工程实例,应用普氏理论对地基中人防洞室进行荷载分析、计算,从中找出规律性的东西,并根据洞室的稳定状态提出合理的处理措施.     

天荒坪抽水蓄能电站地下洞室群合理开挖顺序研究

首先根据地下结构问题的特点,简要介绍了地下结构工程进行三维弹塑性有限元分析应注意的几个问题。在此基础上,独立编制了相应的三维弹塑性有限元程序,应用该程序对天荒坪抽水蓄能电站地下洞室群地数值计算,计算中模拟了地下洞室的几种开挖顺序,考虑洞室间的相互影响及工作性状,从而确定出最合理的开挖顺序。     

弹模随机场对地下洞室可靠度计算结果的影响

随机场理论已在土坡、桩基、堤坝等工程中得到了成功的应用,但在地下洞室可靠度分析中的应用还未见报导。文中尝试将随机场理论引入地下洞室可靠度计算中,将煤层、顶板与底板弹性模量看作随机场,并用局部平均法进行离散;结合Monte Carlo随机有限元法编制了计算程序;然后,按是否考虑为随机场的4种情形,就洞室围岩弹模随机场对地下洞室稳定性的影响进行了研究。结果表明:①与不考虑顶板弹模随机场情形相比,顶板弹模随机场对地下洞室可靠度有着重要的影响,且这种影响不容忽视;②底板随机场对地下洞室可靠度的影响很小,计算时可不考虑;③在相关距离不大的情况下,地下洞室变形对弹性模量随机场的变异性很敏感;④地下洞室变形仅对较大的弹性模量随机场变异性比较敏感。     

岩体初始地应力场对地下洞室围岩变形及应力的影响

基于施工力学的分析方法,建立了地下洞室开挖仿真计算的有限元列式、施工过程中岩体初始地应力场的释放上的卸荷是影响洞室稳定的主要因素,结合工程实例计算,分析了初始地应力场对地下洞室围碉变莆、应力的影响,结果表明,岩体的初始应力场侧向应力分量愈大,洞室侧墙内缩位移愈大而环向压力测有所减小,并使得顶拱沉降位移减小,环向压应力增大。     

地基基础计算及稳定性分析模块的设计与实现

地基基础计算及稳定性分析模块是重大工程地下环境信息系统的重要模块之一，是以工程地质勘探及设计施工资料为基础，以地理信息系统为开发平台，结合数据库技术、面向对象编程技术、信息技术等先进技术建立的。利用此模块对重大工程中桩基设计、复合地基设计、洞室围岩设计数据进行存储及查询，并依据相关行业规范建立分析模型，对桩基、复合地基、洞室进行设计计算，并进行边坡稳定性问题分析。本文阐述了此模块的功能特点与实现方法，并对空间数据搜寻、单桩截面水平位移及弯矩计算、边坡稳定性分析等关键问题及其解决方法作了介绍，最后对本模块在东深供水改造工程中的应用效果作了描述。     

应用边界元方法求解地下洞室三维开挖问题

将边界元方法和FORTRAN语言相耦合,完善了三维线弹性无限域问题的边界元方法源程序。利用此程序计算并分析单条地下洞室开挖、双条平行洞室开挖、双条正交隧洞开挖三维应力场和位移场分布,洞室周壁的应力集中系数,洞室周壁的位移变形规律,给出了洞室周壁岩体的稳定性。得到的一些结果可以对实际工程做定性指导。     

支护时机对洞室围岩变形的影响

为了维护地下洞室群的稳定，如何采取合理、适时的支护一直是工程界所关心的问题.基于施工力学的分析方法，建立了地下洞室分期开挖、适时支护仿真计算的有限元列式.结合工程实例的计算，分析了不同支护时机对地下洞室洞周围岩变形的影响，得到了一些对工程施工有参考价值的结论.     

大型地下洞室围岩最佳支护时间的判定

对新奥法在大型地下洞室施工中的二次支护时间的现有判据进行分析,发现其考虑因素欠全面,主要以变形量或变形速率为主,洞室位移相对值不适应大型洞室.以围岩变形为研究对象,提出大型洞室围岩变形达到总变形的80%、洞室周边水平收敛速度小于0.2 mm/d、顶拱或者底板垂直位移速率小于0.1 mm/d、隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降、位移加速度应基本接近于0作为大型地下洞室最佳支护时间的判据.为了验证该判据的合理性,选择了向家坝大型地下洞室一个断面,按照实际开挖顺序,计算了不同开挖层的最佳支护时间.向家坝地下洞室该断面处围岩拱顶、不同开挖层上下游侧边墙最佳支护时间在8～18 d之间,较好地符合了向家坝实际支护时间.     

某抽水蓄能电站地下洞室群围岩稳定参数敏感性分析

根据基本几何和物理条件建立某水电站地下洞室群三维弹塑性非线性有限元数值计算模型,分析不同取值的初始地应力场、岩体变形模量、抗剪强度参数变化对围岩稳定性的影响,分析锚杆支护轴力的分布规律;同时,分析了厂区分布的泥质粉砂岩层软弱夹层的分布和力学性质变化对围岩变形和锚杆支护的影响.计算结果可为类似工程提供洞室设计依据和基础分析数据.     

流固耦合作用下大型地下厂房围岩稳定性分析

为分析降雨和地下水形成的渗流场与应力场的耦合作用,对某大型地下厂房洞室群围岩稳定的影响,根据流固耦合理论,利用二维和三维有限元对地下厂房开挖施工进行数值模拟分析。该厂房最大的特点就是复杂的地质环境,断面形状和尺度庞杂,最主要是有F77大断层横穿主厂房,且遭遇降雨入渗等影响厂房围岩稳定性的恶劣工程环境。因此,基于厂房开挖支护的数值仿真过程,通过是否考虑应力场或渗流场的影响等不同工况进行对比计算分析。依据计算的洞室内渗流量、围岩应力场、变形场以及塑性区分布等结果表明,主厂房和主变室边墙部位以及洞室拐角处需加强支护,且主厂房大断层处在施工过程中需要及时排水与加固处理。耦合作用下,围岩应力和位移均不同程度地增大、塑性区分布范围加深。因此,考虑应力场和渗流场的耦合作用是合理的,并且适时对地下厂房进行防渗和排水是十分必要的。     

强爆炸应力波作用下岩石地下洞室的破坏现象学

为了发展更准确实用的地下洞室抗爆工程类比设计方法,对强爆炸试验中地下洞室工程破坏效应进行了综合研究.讨论了强爆炸岩体应力波与自由场岩体破坏、岩石洞室应力波破坏的一般图像、洞室关键破坏部位与破坏方式、洞室破坏影响因素以及洞室破坏分区的问题.洞室的破坏在根本上是由爆炸荷载决定的,地质介质特征在很大程度上控制了洞室破坏的表现形式,洞室工程特征的变化又可使破坏程度和细节破坏形态发生改变.若场地岩体较均质、应力波传播和洞室破坏定量规律较清楚,工程设计时可先按破坏分区表进行洞室破坏的一级估计,然后再计入局部因素进行修正.     

时间序列分析在反分析中的应用

采用时间序列分析法对地下洞室的量测位移进行预报分析，获得了洞室的最终实际变形值，并将其用于弹塑性边界元位移反分析计算中，结果表明与实际情况相符。     

地下洞室全长粘结式锚杆受力分析方法

以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力学特性,考虑锚固体滑移,将界面的超余剪应力转化为模型节点荷载,通过不断更新围岩位移以修正锚固体内力.基于此锚杆算法,模拟了拉拔试验,结果表明该方法合理、可行.通过对某引水隧洞特征锚杆的受力分析,计算了围岩弹模、界面剪切刚度、砂浆厚度、锚杆直径和锚杆长度对锚固体受力的影响,计算结果可为地下洞室锚杆布置优化提供理论依据.     

深埋洞室软岩开挖卸荷-流变与支护时机研究

由于软岩的流变特性,深埋软岩洞室开挖后的很长一段时间内围岩变形持续发展,支护不当或不及时支护极易引发洞室围岩失稳.以四川省甘孜藏族自治州丹巴县大渡河丹巴水电站工程为背景,以室内试验为基础,开展软岩卸荷力学参数劣化分析,确定开挖卸荷、开挖卸荷-流变的计算参数,对穿越断层破碎带的深埋软岩开展开挖卸荷-流变与支护时机的数值模拟研究.结果表明:洞室的流变变形在选取的4种二次支护时机中均为5年左右洞室变形基本收敛,10年左右洞室变形完全收敛,其后支护结构稳定基本不发生变形;同时考虑工程实际中的"先让后抗"的支护原则,当初衬拱顶拱底相对位移(Δ_(A1B1))为Δ_(A1B1max)的80%时进行二次支护为4种二次支护时机中相对最佳的二次支护时机.     

庙岭隧道基于时空效应的围岩稳定性分析

为研究庙岭隧道围岩变形规律,并对其洞室稳定性进行评估;通过现场勘察,收集及整理该工程的地质资料、施工工艺、围岩变形监测数据,对隧道围岩变形规律分别从时间和空间两个角度进行回归分析,结果表明,隧道所采用的台阶法施工、设计的初期支护参数是合理的,满足施工安全和洞室稳定性要求,进一步得到隧道围岩变形随时间和空间变化的关系,找到了控制洞室稳定性的关键点,为其他类似工程控制洞室稳定性积累了经验。     

大跨度地下洞室工程技术发展

通过对中国古代大跨度地下洞室工程进行分析和研究,总结中国古代大跨度地下洞室工程在设计和建设中的技术和经验,并在此基础上,进一步研究我国当代新建大跨度隧道和洞室工程技术的现状,对典型的大跨度海底隧道工程、铁路隧道工程、竖井工程、液化石油气储藏洞工程、不良地质条件下的地下工程、水利枢纽地下电站工程、穿黄隧道工程和软土地下大跨度工程的技术工艺进行分析和总结,并提出大跨度地下工程技术的发展趋势,对推动我国的工程技术发展具有一定的借鉴意义和参考作用。