复杂地质条件下地下洞室曲面块体地震响应分析

近年来我国兴建了大批大型地下洞室群,许多地下工程因地震而遭到破坏,因此地震作用下地下洞室的动力响应及工程安全问题越来越受到重视.局部块体是控制洞室稳定的关键问题,对块体进行地震响应分析具有十分重要的意义.针对洞室区域存在大量复杂地质曲面的情况,在曲面块体的快速识别方法的基础上提出了曲面块体的地震响应分析理论与方法,研究了基于三维地质模型的随机裂隙面生成及动态校核技术,运用改进的Newmark法——Hilber-Hughes-Tayor算法对复杂地质条件下曲面块体的地震响应进行了分析研究,并将其应用于我国西南某水电工程实例中.     

大型地下洞室群相邻块体地震响应

为了更好地模拟地下洞室中存在的相邻块体结构在地震荷载作用下的运动与动态响应特性,建立了一种考虑块体间黏结强度影响的地下洞室相邻块体动力抗滑模型,并通过数值模型分析了该抗滑模型的有效性与优越性。在工程实例分析中,采用经典抗滑模型时Ⅰ类相邻块体中两块体水平X向位移在整个地震阶段的均方根值分别为2.16 cm和2.02 cm,采用修正抗滑模型时两块体对应响应值分别为2.00 cm和1.94 cm;Ⅱ类相邻块体中两块体在经典抗滑模型与修正抗滑模型条件下的对应响应值分别为3.68cm和3.65cm与3.55cm和3.54cm,上述结果反映了相邻块体在黏结特性的作用下具有更好的稳定性,说明该模型具有较好的工程适用性与应用价值。     

考虑黏结特性的水电地下洞室块体地震响应分析

在水电工程地下洞室的施工及运行过程中,地震作用下块体可能出现滑移失稳甚至破坏,将会给工程带来严重威胁,因此研究地震作用下地下洞室块体的抗滑稳定性具有十分重要的意义.实际工程中块体与周边岩体界面上存在黏结作用,而ABAQUS的接触属性中自带的抗滑模型未考虑该特点,为此建立了考虑黏结强度影响效应的地下洞室块体修正抗滑模型,完善了块体与基岩间的静态作用与动态相对滑动的影响机理.通过验证模型与工程算例,研究了块体在静态及动态荷载激励下的响应特征与稳定性,实现了抗滑模型合理性与有效性的验证.对比经典抗滑模型与修正抗滑模型的分析结果,在重力阶段最大竖向位移分别为1.04,cm和0.05,cm,在地震过程中的平均竖向位移与最大竖向位移分别为2.24,cm、3.91,cm和2.07,cm、3.38,cm.上述结果反映了块体在黏结特性的作用下具有更好的稳定性.依次改变抗滑接触属性中的关键参数,讨论了摩擦系数及黏聚力对块体响应与接触面动态特性的影响.     

地下水渗流作用下地下洞室块体稳定性分析

地下岩体经不同尺度、产状的结构面切割形成不同尺度、形态的块体。地下洞室开挖后,围岩的应力场和渗流场发生耦合作用,地下水通过结构面向洞室方向渗流,经力学、物理及化学作用,易发生块体失稳现象。该文利用极限平衡法计算有无地下水渗流作用下楔形体的稳定系数,得到地下水会降低楔形体的稳定系数;再借助3DEC数值软件模拟有无地下水渗流作用下的洞室开挖,对比分析有无渗流作用下楔形体附近围岩应力场、位移场和塑性区的变化规律。结果表明,渗流状态下洞室开挖后,楔形体的位移增大,楔形体周边围岩应力减小、塑性区增大,进一步验证了地下水的渗流作用会降低地下洞室的围岩稳定性。     

尾水调压室顶拱不稳定块体分析及预测

尾水调压室是比较典型的埋深大、高边墙、特大断面地下洞室,在顶拱开挖时局部摔块严重.基于工程地质理论和块体理论综合分析后,认为对该不稳定块体应采取相应的支护措施,并应进行监测,必要时采取强支护措施.     

含水软弱夹层地下洞室稳定性模型试验研究

软弱夹层是影响岩体稳定性的重要薄层,是造成工程灾害的原因之一,研究其特征具有重要工程意义。为探索软弱夹层特征对地下洞室稳定性的影响,以夹层含水状态、夹层位置和夹层厚度为因素,通过自研的杠杆式平面应力模型试验系统进行多工况对照模型试验,分析了不同工况下开挖和蠕变试验阶段洞周各测点的应力和表面收敛变形量的变化规律。试验结果表明：进行开挖时,开挖轮廓正上方测点的垂直应力下降,临近洞肩测点应力上升,离洞室越远,开挖影响越小;开挖结束后,应力呈增加趋势,动态调整幅度减小,最终趋稳;洞室开挖时,模型表面洞周各测点主要表现为竖直收敛变形,开挖贯通后,依然是竖直收敛变形为主;开挖试验阶段和蠕变试验阶段,软弱夹层特征对地下洞室稳定性的影响程度为：软弱夹层含水状态>软弱夹层位置>软弱夹层厚度。在具有软弱夹层的地下洞室工程,特别是软弱夹层含水时,应采取疏通排水等措施控制软弱夹层对地下洞室稳定性的影响。     

地下洞室形状优化设计

洞室开挖会使围岩周边产生应力集中 ,产生拉应力与压应力。围岩出现拉应力对洞室稳定十分不利 ,通常通过改变洞室形状和轴比来消除围岩中的拉应力。本文提出一种使洞室拉应力σθ=0 ,而压应力最小的确定洞室最优几何形状的方法。     

某大型地下洞室群整体稳定性评价

运用数值模拟的手段，分析了某水电站大型地下洞室群厂房开挖后围岩的整体稳定性，并进一步研究了错动带对地下厂房洞室群稳定性的影响。     

控制性结构面对地下洞室围岩稳定性的影响

控制性结构面的展布和工程特性往往决定了地下洞室的布置和工程结构形式。以糯扎渡的主厂房为原型,通过地质条件和岩土结构特征的分析,采用Flac3D数值模拟方法,研究Ⅰ级结构面对洞室群布置的控制作用和Ⅰ-2类结构面对围岩应力、变形的影响。结果表明:Ⅰ级控制性断层与洞室最近边墙(端墙)的距离小于80 m以后,洞室围岩的应力急剧增加;在距离小于60 m后其变形也急剧增加,对围岩的稳定不利。和洞室轴线小角度相交的缓倾角结构面对围岩应力的影响较大,中等倾角的结构面对围岩的变形影响较大。     

地下洞室断面形状的优化设计

基于初参数数值解法计算隧洞衬砌的变位和内力可以得到很好的解答,而复形法是优化设计中的常用方法,将这两种方法合二为一,给定内力控制值,对隧洞的断面形状进行优化设计的初步探讨,在工程具有一定的实际意义。     

大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨

对出露较弱夹层的巨型地下洞室进行断面布控监测,通过对围岩变形的时效关系分析,总结了在该大型地下洞室的开挖过程中在软弱夹层及洞室群效应影响下的围岩变形收敛特征,讨论了围岩支护时间的合理性及重要性,对类似的大型地下洞室的设计与施工有借鉴作用。     

基于块体理论矢量法的岩质边坡稳定性分析

为判别开挖岩质边坡的稳定性,结合重庆市永川区拉法基瑞安参天水泥生产线的边坡开挖工程,运用块体理论矢量运算法,分析结构面间的空间位置关系,判别可动块体、块体滑动方向及关键块体。结果表明,块体理论矢量运算法计算结果准确,可为岩质边坡支护的合理设计提供依据。     

西北地区某市水利工程地下洞室围岩变形破坏研究

以西北地区某市水利工程地下洞室工程为例，依据洞室围岩位移监测资料，研究了地下洞室围岩变形破坏特点及其主要影响因素。研究结果认为地下洞室开挖后，顶拱围岩沉降量明显大于侧壁位移收敛量，并指出了影响区内地下洞室围岩变形破坏的主要因素表现在七个方面。该项研究将有助于进一步研究地下洞室围岩变形破坏机理，同时也有利于保障地下洞室工程顺利进行。     

地下洞室开挖围岩弹塑性动态稳定性分析

推导Drucker-Prager屈服准则强度储备安全系数的表达式。以糯扎渡水电站调压井大型地下洞室群施工为例,通过典型断面关键点位移、小主应力及安全系数随开挖步的变化,分析开挖对大型地下洞室群围岩稳定造成的影响。研究结果表明:强度储备安全系数随着主应力差的增大而减小。在开挖过程中,围岩整体稳定性较好,但是围岩位移、小主应力随开挖步的不断递进而持续增大,关键点安全系数持续减小,最大位移与最大拉应力均位于调压井下部,分别为10.57 mm及1.10 MPa,局部关键点最小安全系数不满足规范要求,所以洞室开挖后需及时支护。当二次衬砌高程大于关键点所处高程时,该点安全系数明显增大,且满足规范要求,通过支护方案比选,调压井混凝土浇筑至625.5 m高程是该工程最经济合理支护方案。     

基于块体化程度和物元可拓理论的顶板稳定性分级方法及应用

基于块体化程度和物元可拓理论,提出一种适用于顶板稳定性分级的BET法( classification method based on blocki-ness and extension theory) . 从三维空间上运用块体化程度指标刻化顶板围岩的完整性,建立以块体化程度、单轴抗压强度、节理条件和地下水条件为指标的评价体系;构建物元可拓模型的经典域、节域和待评物元,分析指标间不相容问题,用可拓层次分析法计算指标权重;综合计算关联度,制定出稳定性分级方法与标准. 选取广西铜坑矿四个裂隙岩体试验区,进行BET分级法的工程应用研究. 将BET法分级结果分别与RMR法、RSR法、Q法等传统方法及BT法的结果进行了对比. 结果表明:与其他各类分级方法相比,BET法所选指标体系更全面,评价方法更客观、科学,评价结果更准确.     

地下洞室形状优化设计

洞室开挖会使围岩周边产生应力集中，产生拉应力与压应力。围岩出现拉应力对洞室稳定十分不利。通常通过改变洞室形状和轴比来消除围岩中的拉应力。本文提出一种使洞室拉应力σθ＝0，而压应力最小的确定洞室最优几何形状的方法。     

顺层围岩地下洞室的粘弹性稳定

应用粘弹性薄板的稳定方程和Laplace变换方法,采用承受平行于中面的均匀压力的四边简支的岩板力学模型,根据岩板屈曲变形时的特点及其边界条件,研究了地下洞室中外层岩板向临空面变形并导致层间脱离的状况,导出了岩板结构与时间相关的临界载荷和临界应力的解析式。结果表明岩层的稳定性与岩体的流变性质密切相关,在一定载荷下或应力水平下,随时间延长会发生滞后失稳,表现出了与弹性性态不同的特性。分析了某工程地下洞室层状岩体的稳定性,通过分析比较说明文中分析方法的有效性。     

围岩质量对特大型地下厂房洞室群围岩稳定性的影响

以溪洛渡地下厂房洞室群为例,在地下洞室围岩分类的基础上,运用FLAC3D V2.0,通过三维仿真计算,分析了不同固岩质量对洞室群应力场、变形场和破坏区产生的差异性影响,进而阐明了不同围岩质量类型对洞室群围岩稳定性的影响作用.     

地下洞室群开挖顺序优化设计

遵循动态规划原理建立了地下洞室群开挖顺序动态规划模型,提出了评价不同开挖排序方案优劣的最小能量偏差准则,并以能量偏差为目标函数.实例计算表明,开挖顺序对围岩稳定的影响是明显的,对开挖顺序的优化要给予重视;提出的地下洞室群开挖顺序动态规划模型合理,计算工作量较少;以形状改变比能偏差为目标函数的优化方案中最大洞周位移比位移类目标函数的最大洞周位移略大,但从应力状态、塑性区面积和能量的角度考虑,前者的优化方案更佳.因此,以形状改变比能偏差为目标函数更合理.     

地下洞室复杂围岸弹塑性解析解初探

考虑到地下洞室复杂围岩各向异性的破坏条件，采用弹塑性分析方法，导出了各向异性洞室围岩山岩压力公式和有压隧洞覆盖层厚度公式。通过解析理论分析，定理地研究了山岸压力随层理作用而增大，覆盖层承载能力随层理作用而降低匠变化规律。