离散裂隙网络模拟在地下硐室稳定性中的应用——以甘肃北山地下实验室为例

以甘肃北山地下实验室为研究对象,开展了离散裂隙网络-离散元（DFN-DEM）耦合方法在花岗岩地下硐室围岩稳定性分析方面的探索研究。选取地下实验室工程勘察范围内代表性勘察钻孔和地表露头裂隙数据进行统计分析,利用三维离散单元软件3DEC构建离散裂隙网络（DFN）和等效岩体模型,模拟分析了地下实验室-560 m水平试验巷道的硐室的稳定性。结果表明：硐室开挖引起硐室围岩应力重分布,裂隙与硐室开挖面相交部位发生应力集中现象,硐室围岩出现位移变形;在现有条件下,硐室围岩变形量较小,应力集中程度不高,地下硐室稳定性较好。     

构造裂隙对巷道稳定性影响的评价方法

地下岩石工程中，构造裂隙分布状况与发育程度对巷道的稳定性影响很大。结合潞安矿区3个矿井的构造理解隙实测结果，提出裂隙因素巷道稳定性的评价方法，为裂隙岩体巷道稳定性的定量化评价奠定了基础。     

基于GSI的裂隙化岩体力学参数的确定

裂隙化矿岩体的力学强度特征和参数,主要受到岩块力学参数和岩体的节理裂隙参数的影响。为确定井下开采裂隙化矿岩体的力学强度参数,引入节理间距和节理面粗糙度系数(JRC)对地质强度指标(GSI)系统进行定量化的分级和参数取值,建立了定量化的GSI评价体系,综合采矿活动的影响因子,实现了裂隙化岩体力学强度参数的计算。以锌铜矿体的裂隙化矿岩体结构为研究对象,在进行的岩体工程地质调查基础上,取得了上下盘围岩的节理裂隙间距和节理结构面粗糙度系数,定量确定了上下盘围岩的裂隙化岩体强度力学参数。研究结果表明,运用定量化的GSI方法,可以实现裂隙矿岩体结构强度参数的确定,得到了锌铜矿体的上盘和下盘围岩的强度特征参数,其弹性模量分别为5.749 GPa和4.483 GPa,内聚力分别为3.126 MPa和2.772 MPa,内摩擦角分别为24.56°和23.08°。这些力学强度参数指标为裂隙矿岩体的采矿工程设计提供了基础参数。     

大型地下厂房洞室群围岩开挖松弛效应与渗透性演化特征

锦屏一级水电站地下厂房洞室群开挖规模巨大,赋存于极高至高地应力和低强度岩体环境下,且受f13、f14、f18断层切割,其围岩稳定性将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一.结合现场声波监测资料,采用裂隙岩体等效弹塑性本构模型以及基于Hoek-Brown参数的偏应力破坏准则对开挖松弛区进行模拟与评价.此外,重点关注洞室群围岩在地下厂房开挖过程中渗透特性的演化,并采用SVA方法对其防渗排水措施的渗控效应进行分析与评价.研究结果表明:采用塑性屈服区以及偏应力破坏准则表征围岩开挖松弛效应是合理的,高地应力、低强度应力比是造成锦屏一级地下厂房围岩开挖松弛区较大的主要原因;洞室群围岩在地下厂房开挖过程中渗透特性可增大3个数量级,影响范围达35m;围岩渗透特性演化对渗流场具有显著影响,影响程度取决于与洞室群的距离以及防渗排水措施的渗控效应.     

云南勐兴铅锌矿巷道围岩稳定性研究

云南勐兴铅锌矿是滇西南规模较大的多金属硫化物矿床,随着开采深度的不断增大,围岩稳定情况越来越复杂,巷道稳定性问题已经成为制约矿山安全生产的主要问题之一.在对矿区地质条件研究,底板含水层构造裂隙对巷道围岩影响的分析,围岩变形特征及室内力实验的基础上,采用工程岩体分级标准、水利水电围岩工程地质分类和岩体RMR分类方法对680采矿巷道中段围岩进行分类研究,并对各个分类结果进行了一致性、相关性和适用性分析,得出围岩质量分级.运用FLAC3D软件对巷道围岩进行三维数值模拟,对围岩分类和数值模拟的结果进行对比,得出定性分析与定量计算的结果基本一致.     

某水电站工程岩体裂隙面抗剪强度研究

水电站工程技术研究中,岩体裂隙抗剪强度参数是岩体稳定性非常重要的参数之一.以某水电站工程为例,为了提供工程边坡和地下洞室围岩岩体稳定性研究所需的裂隙抗剪强度参数,采取钻孔微新状岩体裂隙面芯样,进行室内直剪试验,并据Barton经验公式估算,对此两种方法结果对比分析.试验结果表明,Barton经验公式对平直稍粗糙型裂隙面抗剪强度参数估算结果与室内直剪试验结果基本一致,但对稍起伏稍粗糙型裂隙面抗剪强度参数估算结果与室内直剪试验结果偏差较大,分析认为该经验公式不适用于对高法向应力状态下JRC值偏大的硬性裂隙面抗剪强度的估算.     

复杂裂隙岩体环境下地下厂房轴线方向优化选择研究

抽水蓄能电站地下厂房轴线方向选择是前期勘察工作的重点.以芝瑞电站为工程背景,所研究的地下厂房围岩岩性为熔岩角砾岩,岩性较单一,结构面以Ⅳ级、Ⅴ级为主,岩体裂隙发育,完整性差,岩体结构以镶嵌～次块状结构为主.以块体理论为基础,运用Unwedge程序,充分分析不同结构面组合切割下的围岩稳定情况,以最小安全系数的最大值为取值原则,对复杂裂隙岩体环境下地下厂房轴线方向优化选择进行了系统研究.结果表明:研究区地下厂房轴线方向宜为NE50°.通过分析证明,块体理论在中低地应力区复杂裂隙岩体环境下地下厂房轴线方向优化选择中具有重要的现实意义.     

地下水封储油洞库各向异性渗流特征的数值模拟

以某地下水封储油洞库为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了施工期与运营期地下水渗流场的分布规律,并比较了裂隙岩体渗流各向同性与各向异性两种工况下孔隙水压力分布的差异,最后计算了围岩渗水量.结果表明,人工水幕系统对于保证洞库水封起到至关重要的作用;采用裂隙岩体渗流各向同性评估洞库间岩柱的稳定性更为安全;利用数值模拟方法计算得到施工期及运营期单洞库渗流量分别为1 130 m3/d和775 m3/d.     

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。     

大型地下洞群时空双系列反馈分析

地下水电站的厂房系统大多由纵横交错的复杂洞群组成,洞群施工过程中以及运行期围岩的稳定性是工程成败的关键。该文跟踪我国某地下水电站厂房洞群的施工过程,采用模式搜索优化技术和节理裂隙岩体模型非线性有限元方法,编制了Ｃ＋＋反馈分析控制程序ＮＡＰＡＲＭ９６,利用地下厂房监测系统提供的实测信息,对厂房洞群从时间和空间两个系列进行了仿真和位移反馈分析,得出了较为符合规律的结果。介绍了此项研究的阶段成果,并且对高地应力节理岩体中的地下洞群的施工稳定性问题提出了具有一定参考价值的建议。     

缓倾斜煤层群上行开采的研究

本文在相似材料模拟实验,有限元计算和生产实践基础上,研究了缓倾斜煤层群上行开采岩层运动发展规律和支承压力分布规律,通过分析和比较得出:上行开采的岩层运动特征和支承压力分布特征对采场围岩的平衡和稳定、顶板管理和控制、巷道布置和维护、支架——围岩关系、工作面和巷道保护都极为有利;是一种既安全又经济的开采方法。     

回采巷道围岩变形率的预测

巷道围岩变形率预测是巷道支护设计的主要环节，本文以影响回采巷道稳定性的主要因素为基础，分析整理了我国煤矿１００多条典型的巷道实测数据，应用多元线性回归方法，建立了预测各类巷道围岩变形率的回归方程，经理论检验与实例验证，预测方法可用于我国回采巷道控制设计，具有广泛的实用价值。     

放顶煤工作面滑移顶梁支架失稳分析

建立了滑移顶梁支架的稳定性指标和失稳条件。得出结论：滑移顶梁支架结构、放顶煤工作面围岩和工艺特点是引起放顶煤工作面滑移顶梁支架失稳的三个主要原因。认为在放顶煤工作面，不仅滑移顶梁支架会失稳，其它类似支架也可能发生失稳。     

平顶形金属支架在回采巷道的适用性研究

在我国倾斜、缓倾斜回采巷道分类基础上建立了相应的力学模型,从而探讨了平顶形可缩性支架在不同类型围岩条件下的适用性。     

工程岩体力学参数的模糊选择

利用模糊数学对工程岩体给出模糊综合评判。以此,对围岩计算参数提出了一种较简便的确定方法,可供围岩数值分析使用。     

北固山隧道施工力学特征及围岩变形控制

基于ANSYS软件,采用有限元法和BP神经网络建立数值分析模型,并确定围岩的力学参数.首先,考虑隧道开挖的空间效应,并分析围岩的位移场和应力场.然后,阐述围岩和边坡的破坏机理,从而进一步表明围岩的牵引作用对边坡和隧道稳定性的重要性.最后,应用所得破坏机理对北固山隧道围岩变形进行分析.结果表明:考虑边坡稳定性和围岩变形的技术方案是合理、有效的.     

基于岩体质量Q系统的隧道围岩分级

岩体质量Q系统未考虑隧道上覆不同地质条件岩土体位置关系的相互影响。阐述了岩体质量Q系统在进行围岩分级时存在的问题,基于摩尔-库伦强度准则,提出了计算隧道围岩松动区和承载区的公式,得出当隧道围岩等级越高,即围岩稳定性越差时,松动区外半径、承载区外半径以及塑性区外半径越大;通过将理论分析方法与数值模拟方法相结合,求出了隧道围岩重要性系数,提出了一种隧道围岩分级新计算公式。     

高海拔严寒地区特长公路隧道温度场计算分析

寒区隧道修建的技术问题比一般地区要复杂得多,其中一个关键问题是这些地区一般要受到冻融、冻胀状态的影响。这两种状态周期性的交替变化将造成隧道结构的破坏。隧道处在何种状态可由隧道衬砌与围岩温度场的变化情况得出。通过对寒区隧道温度场的计算分析,确定隧道开挖前后围岩温度场的变化情况,为隧道采取相应的防冻技术措施提供依据。考虑相变潜热情况下对雀儿山隧道围岩瞬态温度场进行数值计算分析,确定隧道开挖前初始地温场。计算和预测隧道围岩在正常运营通风条件下的温度场变化,得出不同情况下保持隧道衬砌与围岩100年不冻的隔热层敷设厚度。     

基于现场监测的原坝子隧道稳定性分析

隧道围岩稳定性分析对隧道安全施工和运营至关重要,采用现场监测方法是判定隧道围岩稳定性最直观的一种方法。以原坝子隧道为工程背景,通过对III、IV、V不同等级围岩初期支护后拱顶下沉和周边收敛进行系统的现场监控量测,研究复杂地质条件下大断面隧道围岩的稳定性,结果表明,隧道拱顶及周边位移一般稳定期为10~15 d,累计沉降量和周边累计收敛量随围岩等级的增大而显著增大,并处于允许范围以内,说明隧道开挖方式和支护方案是科学合理的。研究成果可为类似条件下隧道工程的设计、施工、监测提供参考和借鉴。     

基于松动圈理论深埋黄土隧道围岩压力计算方法

围岩压力的确定一直是隧道工程结构设计中的重点,而黄土隧道的工程特性与其他岩质隧道有着明显的区别,尤其是深埋黄土隧道的围岩压力计算。通过对深埋黄土隧道开挖后的围岩应力状态进行分析,明确了松动圈的定义,推导了松动圈的表达式,提出了基于松动圈理论的深埋黄土隧道围岩压力计算方法,并基于现场试验实测数据与既有计算方法进行了对比分析,以验证该方法的适用性。研究结果表明：松动圈为塑性区的内圈,是塑性区内切向应力小于初始地应力的部分;黄土隧道的松动圈较普通巷道和岩石隧道的松动范围大得多,更易受隧道开挖影响;基于松动圈理论的围岩压力计算方法与其他计算方法相比较,计算结果与实测值接近且存在一定的安全储备,使用该方法对深埋黄土隧道围岩压力进行计算是可行的,基于松动圈理论的围岩压力计算方法更适用于深埋黄土隧道这种有一定自稳能力的软弱土质围岩隧道。