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.     

任意形状洞室的围岩流变参数反分析

一、前言国内外关于围岩和围岩一支护系统的流变研究已有大量工作,围岩流变参数的研究是其中重要而较困难的工作。显然,由于围岩本身存在力学性质上的不均匀性和不连续性,由围岩试样的室内流变试验所得参数往往不能完全反映围岩的实际性质,因此,由洞室开挖时现场量测信息来分析围岩的流变参数是一条有实际意义的途径。近年来,随着“新奥法”概念的应用,“反分析”方法在地下结构中越显重要。目前,利用量测位移信息反算地层初应力场和弹性参数等已有较多的工作,所采用的方法有解析法、有限元法和边界元法。本文提出了利用任意形状洞室洞周位移信息反算围岩粘弹性流变参数的解析法。本文首先应用拉氏变换和复变函数方法得到任意形状洞室的粘弹性解,然后     

采用统一强度理论的锚喷支护围岩弹塑性统一解

基于双剪统一强度理论,结合点锚式锚杆锚喷支护的力学机理,导出双向等地应力情况下无限均匀介质中锚喷支护圆形洞室围岩应力场、位移场及塑性区半径解析解.分析强度理论参数b值对弹性区和塑性区应力、位移的分布特点的影响,以及锚喷支护对塑性区半径影响的变化趋势.结果表明:与Morhr-Coulomb强度理论结果相比,隧道轴向应力和...     

低地应力区地下洞室开挖后围岩应力数值模拟

以西北地区某水利工程地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力进行了数值模拟研究,模拟出了低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力值及其分布规律.结果表明,低地应力区地下洞室开挖后洞室围岩形成应力集中现象,侧壁位置处产生的压应力值大于洞顶位置压应力值,且洞顶产生拉应力.该研究成果将有助于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理及其稳定性,对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

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。     

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。     

地下洞室围岩弹塑性仿真反演分析方法

地下洞室围岩弹塑性反演分析方法是长期以来反分析理论研究的一个难题。文中详细分析了实施弹塑性反分析所存在的3个难点,并针对这3个问题,假定围岩是理想弹塑性介质,通过参数对位移的灵敏度分析,现场实测将弹塑性位移进行分离,从而探索围岩弹塑性反分析的新途径;之后阐述了本文采用的仿真反分析的概念、实施思路及流程;最后说明了该方法的应用与检验思路,结合工程实例证明该方法的可靠性。     

基于实测松动圈的扩展卡尔曼滤波位移反分析方法

基于现场松动圈实测结果,采用双重介质模型来考虑松动圈的影响,将施工中岩土体系统的反应看作动态随机过程,采用扩展卡尔曼滤波与离散元数值耦合方法对鹧鸪山隧道特定断面的现场监测数据进行跟踪反演,探讨观测误差与模型误差对滤波过程及参数识别结果的影响。研究结果表明:该方法得到的围岩力学参数具有历时性,可以反映洞室开挖后围岩力学行为的动态变化,从而可以更加及时地了解围岩的稳定状况;从误差分析来看,模型误差的取值对结果的准确性影响较大,而观测误差的取值对结果影响较小。因此,在实际操作过程中,要特别注意模型误差取值的准确性。     

粘—弹—塑性有限元分析及其在岩石力学与工程中的应用

本文讨论了岩体流变的数值模拟。对复杂地质条件下岩石工程及巷、峒围岩稳定性分析,编制完成了功能较强、具有实用性的有限元法分析程序。该程序适用于粘——弹——塑性岩体井能利用现场测据进行反算分析。本文中给出了计算实例理论解与数值解的比较,结合某地下工程进行的计算分析与某工程现场量测结果基本一致。计算表明,利用本程序能预示洞室围岩塑性区的发展和洞周位移及支护荷载的变化。本文还给出了粘性参数与一般岩性参数、围岩受力状态之间的近似关系。     

大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演

综合考虑大型地下洞室群施工现场的开挖进度信息、支护进度信息及新出露的地质信息,建立能够实时更新且反映工程实际进度的三维全尺度数值仿真模型,结合均匀设计和人工神经网络技术,基于C#.NET+Python混合编程技术对通用数值软件ABAQUS进行二次开发,提出大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演分析方法。以黄登水电站为例,对其地下洞室群施工期围岩力学参数进行实时反演。结果表明:各施工分期测点计算位移与实测位移随施工期的曲线变化规律一致,实测值与计算值吻合度较高,第五期的平均误差仅为5.5%,得到较好的反演结果,验证了此法的合理性和可操作性。     

一种实现复杂初始地应力场精确平衡的通用方法

初始地应力场是岩体工程结构有限元分析的重要初始条件,为了实现初始地应力场平衡,传统做法是在计算模型上施加与之相平衡的外荷载(体力、边界力),但外荷载往往组成复杂甚至不可知,且施加边界荷载所要求的模型边界条件通常与初始地应力平衡后结构计算分析所要求的模型边界条件不一致,这就为初始地应力场平衡带来了困难.为此,本文提出了一种可以实现复杂初始地应力场精确平衡的通用方法,该方法的基本思路是直接在有限元计算模型中施加结点荷载来与初始地应力场进行平衡,从而完全避免了由于外荷载的不可知以及边界条件不一致性所带来的困难;此外,由于所施加结点荷载是直接由初始地应力场通过单元积分计算出来的,故可实现初始地应力场的精确平衡.算例分析表明,所提出的方法不仅简便易行,且精度很高,是一种实现复杂初始地应力场平衡的通用方法.     

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。     

一种盐岩层蠕变参数的现场评价方法

盐岩层蠕变参数选值的合理性直接影响井壁应力和稳定性分析结果,然而,地面岩心试验常与现场实际情况不符,影响所得结果的正确性。在假设盐岩层服从粘弹性模型以及初始地应力和泊松比均为与时间无关的常数的基础上,依据现场量测信息,建立了反演确定盐岩层弹性常数以及粘性常数的反演分析法。研究表明,用现代岩土工程反演理论确定盐岩层的蠕变参数,比做地面岩心试验更符合实际,而且成本低,更加可靠。     

基于HF-RBF的初始地应力场预测研究与应用

用水压致裂法(HF)测量地应力时存在实测数据数量少、不连续、精度低的问题.为此,建立基于HF-RBF的初始地应力场预测方法,首先构建埋深和水平主应力之间的学习样本,然后利用径向基函数(RBF)神经网络对学习样本进行训练,建立埋深与水平主应力之间的非线性映射,最后利用检验样本对初始地应力场预测效果进行检验.在黑龙江某矿山利用2个勘探钻孔开展了水压致裂法测量地应力试验,应用HF-RBF方法获得了该矿区水平主应力分布规律,训练样本最大预测误差为28.6%,检验样本水平最小、最大主应力预测误差都在10%以内,满足工程设计要求.表明了在矿山钻孔勘探期间,HF-RBF法能较好地预测矿区初始地应力场.     

基于神经网络与有限元法相结合的初始地应力场反演分析

目前,对于初始地应力场的测试主要采用现场直接量测法,而采用神经网络与有限元法相结合的反演分析法越来越成为了一种有效途径.结合广东第五抽水蓄能电站工程实例,利用神经网络与有限元分析相结合的方法,以及BP神经网络结构和ADINA三维有限元模型建立岩体参数、边界条件与地应力场的映射关系来反演初始地应力场.模拟计算与实测结果的对比表明:采用该方法进行初始地应力场的反演计算是可行的,计算结果是合理的,对类似工程具有一定参考价值.     

蒸汽发生器安全端焊接接头应力强度因子计算

推导含初始应力场的扩展有限元(XFEM)弱形式,并应用到焊接导致的残余应力场下裂纹问题数值模拟中。采用互作用积分策略以获得更精确的计算应力强度因子(SIF)。在此基础上,分析蒸汽发生器(SG)安全端异种金属接头在焊接残余应力场下SIF随裂纹深度的变化情况。研究发现,随着焊接接头内侧裂纹的不断深入,SIF先增大、后减小,这表明材料对裂纹扩展的抗力是先增大、后减小的过程。初始应力场施加方法利用了XFEM在模拟裂纹扩展上的优势,避免了网格更新导致的重复计算。     

斜井冻结凿井数值模拟方法

 为提高ANSYS 软件对斜井冻结凿井模拟的准确度, 提出一种双模型法与改进重叠单元法相结合的数值模拟方法。以某矿主斜井表土冻结段施工为背景, 考虑冻土为弹塑性介质, 建立斜井冻结掘砌平面模型, 采用本方法对掘砌模型进行模拟分析, 并与传统方法进行比较。结果显示, 采用双模型法模拟掘砌模型的初始应力-位移环境, 得到的应力场、位移场与围岩未扰动状态下的理论值吻合;改进重叠单元法模拟井帮完全卸载后支护井壁的掘砌过程, 得到不同模型顶面埋深下井壁内外缘的环向应力均小于10^-6 MPa, 井壁位移均小于10^-7 m, 与理论值接近, 且本方法的模拟结果均优于传统方法, 表明本方法具有较好的可行性和较高的模拟精度。     

球张量初应力场中的Rayleigh波

讨论应力对弹性波的影响，给出了均匀球张量初应力场中Ｒａｙｌｅｉｇｈ波传播速度的简明计算方法。     

转向压裂井裂缝转向的影响因素分析

为了尽可能提高转向压裂井的增产效果,依据油藏应力场理论及油气井生产渗流理论建立了初次压裂裂缝和油水井生产过程对于裂缝附近应力场的影响模型。研究了初始水平地应力差、初始裂缝长度、初始裂缝宽度、生产压差和渗透率对转向压裂井裂缝转向的影响;并通过正交实验设计及其直观分析方法明确了各因素对裂缝转向影响程度。在诸多影响因素中,初始水平地应力差是影响裂缝转向的最主要因素,生产压差次之,储层渗透率与初始压裂裂缝宽度的影响居中,初始压裂裂缝长度对裂缝转向的影响最小。可用以指导转向压裂的选井选层。     

基于地应力实测值的断层构造区域地应力场有限元回归反演分析

结合四川省长河坝水电站地下厂房硐室工程,考虑地形、地貌与断层等地质构造,建立了三维有限元模型,基于实测地应力值,采用多元线性回归分析方法对地应力场进行反演,以分析地下厂房区的地应力分布情况.结果表明：地下厂房硐室岩体地应力的实测值与有限元法所得反演值吻合较好,回归分析方法适用于对地应力场的反演;工程区域的水平地应力大于竖向地应力,并且地应力量值随着垂直埋深与水平埋深的增加而增大;断层附近的地应力出现了局部应力集中现象,须引起注意.