圆形洞室动态施工中围岩粘弹时变解析分析

针对深埋地下洞室,寻求洞室动态施工中围岩应力及位移场的解析解.在推导中考虑了岩体粘性时效和动态施工对位移影响的耦合作用.将开挖岩体模拟为Maxwell粘弹模型,从基本控制方程出发,导出双向等地应力情况下无限均匀介质中圆形洞室施工过程围岩位移解析解;应力解则由时变力学对应性原理得出.该结果可用于圆形洞室半径任意时变的情况.针对匀速和加速施工情况进一步求解施工至某一时刻结束后的位移粘弹解,定量分析最终形状相同时,不同时变速度和加速度对最终结果的影响,分析了粘性介质中圆洞施工的时径相关性现象.     

大型地下水封洞库施工顺序优化

采用侧压系数法对某大型地下水封洞库地应力进行了反演分析,运用回归反演的初始地应力场对储油主洞室进行了施工开挖分层及施工顺序的优化分析.分析结果表明,储油主洞室分三层和分四层两种开挖方式对岩体位移和塑性区分布范围影响都不大;跳挖开挖方式优于平行开挖和依次开挖方式,在施工工期许可的条件下宜按照跳挖开挖方式进行,各洞室开挖掌子面间距宜控制在40m以上.     

某抽水蓄能电站地下洞室群围岩三维稳定分析

某抽水蓄能电站地下厂房为大跨度、高边墙地下洞室群,地质条件复杂,分布软弱夹层,高边墙及洞室间岩体的稳定性是洞室设计的关键因素。根据水压致裂法地应力测试数据计算侧压力系数,构造初始地应力场,按照开挖顺序建立三维弹塑性计算模型,分析地下洞室群围岩应力与变形特征、塑性区分布,评价了地下厂房洞室群围岩稳定性,为洞室设计提供科学依据和基础数据。     

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.     

初始地应力位移反分析计算的有限单元法

本文给出了一种由洞周围岩位移量测值反馈确定地层初始地应力的有限元计算法,包括线弹性问题和非线性问题。文中不仅给出了计算原理和公式,而且给出了平面应变问题非线性有限元计算法的程序框图和算例验证,可供工程实践采用。这一方法的主要特点,是利用现场易于量测的位移信息进行分析计算,并适用于任意洞形地下洞室的任意开挖阶段。此外,文中给出的平面应变问题有限元计算法还可排除洞室开挖的空间效应的影响,并能单独确定初始构造地应力,以便较为精确地确定初始地应力场的分布现律。本文还根据数理统计原理考虑了提高计算精度的方法。     

高地应力区地下洞室围岩稳定和变形分析

本文分析总结了已有的地应力研究成果。考虑到高地应力与岩体特性的关系,对岩体采用四参数弹塑性开裂模型,提出了一种高地应力区地下洞室围岩稳定和变形的分析方法。用各种不同初始应力场(大小、方向、主应力比等)对直墙拱顶洞室围岩的稳定和变形状况作了分析比较,得出了一些有规律的成果。     

基于FLAC3D的岩体初始高水平构造应力场反演方法

为探讨深部岩体工程初始高水平构造应力场的数值模拟反演方法,采用三维有限差分法FLAC~(3D)分别对位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件及基于初始应变能理论的反演方法进行数值试验对比分析。结果表明:在模拟岩体初始高水平构造应力场过程中,位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件三种方法均不能满足要求;而基于初始应变能理论的反演方法效果较好,将该方法应用于狮子山矿区地应力场的反演分析,计算表明各测点的地应力反演值与实测值之间误差在允许范围内,进一步验证了该方法模拟计算岩体初始高水平构造应力场具有较好的可靠性,研究成果为深部岩体工程高水平构造应力场的反演计算方法提供了参考。     

陡倾角层状岩体中地下洞室围岩的变形

考虑到层状岩体顺层滑移和弯曲变形的特点,将Cosserat介质理论引入到大型地下洞室的开挖模拟中,基于Matlab编制了考虑偶应力的有限元程序,并对一个简单地下洞室模型进行模拟分析。结果表明:洞周围岩的变形随层面间距的增大而减小,洞室变形的不对称性在层面间距越小的情况下越明显;大型洞室高边墙的位移随层面倾角先增大后减小,反倾向一侧的位移在倾角为60°达到最大,而顺倾向侧边墙在30°达到最大;在洞室的同一高度处,当岩层倾角缓时顺倾向侧洞周位移要大于反倾向侧的位移,而当倾角变陡后,顺倾向侧洞周位移要小于反倾向侧的位移;层面的切向刚度对洞周位移影响很大,洞周位移随切向刚度系数的减小而迅速增大,但切向刚度系数减小到一定程度后将趋于稳定。数值模拟表明用Cosserat介质来模拟层状岩体是合适而且方便的。     

某水电站地下厂房区初始地应力场回归分析

结合某水电站地下厂房区工程地质与水文地质条件以及实测地应力资料，分析影响区域初始地应力的因素；以ANSYS作为有限元计算工具，计算各影响因素下厂区地应力值；在实测点勘察获得的地应力值与计算得到的地应力值之间建立多元回归模型，求出回归系数，从而获取厂区初始地应力场分布规律，为地下厂房设计与开挖施工提供了合理的三维初始地应力场。     

某铜矿二次应力场的监测与分析

岩体的应力测量包括岩体初始地应力量测和洞室围岩应力量测,是现代岩体力学研究的重要组成部分,可为了解岩体稳定程度提供重要参数,为地下工程开挖提供设计参数.以某铜矿为例,首先测定原岩应力,矿区属中等级别的应力区;再采用光弹应力计监测岩体二次应力,结合观测数据,找出二次应力变化导致采场应力集中的部位,采取措施,使应力局部得到部分释放,再进行施工,以保证生产的安全进行,提高劳动生产率.     

缓倾斜岩层软岩巷道破坏过程分析

为研究深部矿井层状岩体破坏机制,进行了平面巷道的物理模型实验。本次实验以徐州旗山矿-1 000 m轨道联络大巷的地质资料为背景,通过对应不同深度的地应力加载,分析模型的受力变形特征。结果表明对缓倾斜岩层巷道,其结构的非对称性表现为破坏的非对称性,为研究处在层状岩体地质条件下的地下硐室工程的围岩稳定性和支护方案提供参考依据。     

软岩铁路隧道支护受力及优化分析

以玉磨铁路曼么二号隧道为背景,分析软岩隧道受力特征,以及施作临时仰拱对隧道围岩压力、位移的影响,为以后的工程方案比选提供参考。通过采用数值模拟和现场监测实际数据对比分析的方法,分析了三维隧道围岩、钢拱架的真实受力状态,模拟了有无临时仰拱时隧道的围岩压力和位移变化情况;探讨在软弱围岩地质情况下,有无临时仰拱对隧道应力场和位移场的影响,得出了施作临时仰拱对控制软弱围岩隧道的变形效果比较明显。结果表明:钢拱架右侧受力明显大于左侧,玉磨铁路曼么二号隧道受力不对称,可能存在偏压现象;实测数据与模拟数值变化趋势基本相同,验证了MIDAS/GTS能够有效地模拟隧道施工过程;通过模拟对比分析,施作临时仰拱时拱顶沉降值减小了15.5%,左拱腰位移减小了69%,右拱腰位移减小了66.7%,隧道围岩压力最大值为143.4 kPa,出现在拱顶位置,最大围岩压力减小了6.5%。     

硬岩地层地铁暗挖车站施工过程力学分析

地铁暗挖车站因其埋深浅、开挖尺寸大,隧道围岩应力演化剧烈且复杂,塌方事故风险大,隧道支护设计面临极大挑战。为精细化模拟地铁暗挖车站分部开挖及初期支护全过程,以青岛地铁6号线海港路站为对象,建立三维数值模型,结合现场监测数据,研究硬岩地层暗挖大跨隧道施工过程力学特征。结果表明：拱部上导洞开挖造成围岩强度储备显著降低,引起拱顶及地表沉降量占最终值的54%和56%,左、右导洞开挖对应的拱顶围岩应力变化较小,引起拱顶沉降分别占最终值的30%和13%,直墙部等后续施工影响更小,从总体过程来看上导洞开挖对隧道沉降控制最为关键。全部贯通后,拱顶围岩强度储备值（K=3.1）高于其他部位,边墙围岩强度储备值（K=1.1）接近极限状态,从隧道各部位围岩强度储备角度上看,边墙最为关键需支护。总体上,地铁暗挖车站虽跨度大、埋深浅,但由于硬岩地层围岩强度高而几乎没有产生塑性区,锚喷格栅初期支护即可使隧道达到较高的稳定状态。     

竖向排列地下硐室群动力稳定性的数值模拟分析

以竖向排列地下硐室群为研究对象，将爆破地震波简化为谐波形式，运用三维有限差分程序FLAC^10研究不同速度、不同动荷载频率以及不同硐室间距条件下硐室群隔板位移和围岩塑性区面积的变化规律，以及上方硐室跨度变化对隔板位移和下方硐室稳定性的影响，通过工程实例分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性。研究结果表明：动荷栽速度对地下硐室群稳定性的影响最明显，隔板位移和围岩塑性区面积随爆破地震波速度增大而增大；随着爆破地震波频率的增大，隔板位移先增大后减小；随着硐室间距的增加，隔板位移减小，有利于地下硐室群的稳定；随着上方硐室跨度增加，隔板位移增大；地下硐室群围岩中出现多处应力集中，但最大拉应力小于岩体的抗拉强度，不会出现拉裂破坏；分析结果与实际观测结果相吻合。     

分离岛式地铁车站交叉洞群施工的周边环境效应分析

为研究分离岛式车站交叉洞群的周边环境效应,以广州市某暗挖地铁车站为工程背景,采用数值模拟的分析方法,建立了正线隧道、联络通道和站台横通道的多洞室数值计算模型,同时考虑左右线隧道穿越不同岩性的地层,有限元模型地层为不均匀地层。通过数值模拟研究了隧道交叉洞群施工引起的地表沉降、围岩应力应变特征、支护变形受荷规律等,并将模拟结果与相应的现场监测数据对比分析。计算结果表明：中洞施工会引起围岩应力场位移场重分布,上覆围岩会向两侧滑动,造成洞间土体呈受压状态,侧洞会向两侧位移;支护结构最大应力值出现在隧道与联络通道的接口处,并且隧道支护结构应力值大小与距交叉段远近成负相关,离交叉段越远,支护应力值越小。研究成果为今后类似工程条件下城市地铁隧道施工提供参考。     

地下硐室围岩结构稳定性特点研究

采用数值模拟方法建立地下硐室模型，研究围岩结构稳定性特点，通过先进物探手段（探地雷达）实测结果的验证，得出地下硐室围岩塑性区的形成具有严格的时间性和一致的规律性，且围岩破碎区发育具有结构特点。     

断层破碎带隧道围岩稳定性的离散元模拟研究

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质体之一,容易导致隧道围岩失稳甚至塌方等问题。为了分析其对隧道围岩稳定性的影响规律,依托港珠澳大桥连接线南湾隧道,利用离散元软件PFC~(2D)建立二维分析模型。结果表明:断层破碎带作用下隧道围岩应力呈非对称性,当断层位于受拉一侧时,断层对隧道水平位移的影响更为明显;当断层穿越隧道轮廓面时,断层对隧道围岩竖直方向位移的影响比水平方向位移更加显著;对比断层比邻与穿越隧道两种情况,断层与隧道相交时的最大潜在松动破坏区是未相交时的2倍以上;现场监测结果表明,当断层与隧道边墙位置相交时,该断面的位移最大且相比其他断面位移值明显增大,约为其他断面相同位置位移的2.5倍,这与数值计算中断层破碎带对潜在松动破坏区的影响规律类似。     

断层周边应力场的原位实测及数值反演

在分析断层周边实测应力分布特点的基础上,通过建立ＦｒｉｃｔｉｏｎｌｅｓｓＮｏ－ｔｅｎｓｉｏｎ参数式数值模型,采用位移不连续数值方法模拟评价了复杂断层扰动下的非均匀原岩应力场,得到了与实测应力分布特征高度吻合的计算结果,并比较分析了断层对其周边区域应力状态的影响．结果表明：原岩应力状态的空间分布主要受其邻近断层的支配,应力场的扰乱范围与断层的几何尺寸密切相关;非连续地层区域的原岩应力状态及应力扰乱程度随空间位置而异,具有各向异性及非线性的分布特征;由于断层对原岩应力的扰乱作用,有限“点”的实测值不能全面反映构造应力场的全貌,数值模拟是区域岩体应力场定量分析与评价的不可缺少的手法     

磨料水射流割缝裂隙带对洞库围岩稳定性的影响

利用割缝设备在洞库上方的围岩中制造分布合理的人造节理并结合填充介质可以有效地衰减爆炸应力波。为了验证采用磨料射流割缝设备在洞库围岩中进行人工割缝及充填材料前后围岩开挖的稳定性，利用FLAC3D与Midas对磨料水射流人工割缝及充填材料前后的大跨洞库及围岩进行了数值模拟研究，对数值模拟中围岩的稳定性进行实时监测与分析。结果表明，裂隙开挖后洞库位移略有增加，但基本处于稳定状态；利用碎石进行充填裂隙后，碎石的扰动作用使其位移进一步增加，但增加量极小，洞库仍处于稳态；可利用锚杆支护减小位移、增加稳定性。因此，在洞库围岩中进行人工割缝构建填充裂隙群对于整体围岩的稳定性影响较小，研究成果可为地下工程抗爆削波防护设计提供参考。     

大跨度地下洞室围岩结构面空间展布的确定性研究

以某电站大型地下厂房主变洞为例,研究了大型地下洞室围岩结构面的空间尺度各指标的关系、相关方程的建立、可视化图形展示以及在洞室拱顶与边墙出露位置的确定,从而得出结构面在洞室周边出露的确定性信息.这些确定性的信息将是大型洞室组合块体的确定、确定性块体稳定性评价、围岩岩体质量分类、围岩二次应力计算的基础,同时也为设计和施工技术人员提供了较准确可靠的地质依据.