大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.     

隧道与前方大型溶洞应力集中叠加效应

在陆家寨岩溶隧道施工期间,曾预报并揭露大型溶洞,施工过程中接近溶腔段围岩变形较大且伴随围岩块体脱落,给隧道施工带来极大的安全隐患。基于深埋球形洞室的弹塑性二次应力分布,结合新奥法隧道施工理念,利用FLAC3D模拟隧道开挖接近并进入大型溶洞的过程。在自重应力场下分析不同大小的球形洞室周围应力场对隧道围岩变形的影响。结果表明:球形洞室会在周围形成中心半径为1. 5倍洞室半径的应力集中带;隧道开挖接近应力集中带时,将引起隧道前方应力集中区与溶洞应力集中带的叠加;随着隧道继续开挖,叠加效应在下一个进尺完成后失效;分布在隧道两侧围岩,该叠加再分散的过程会造成拱顶、拱肩的变形增大,影响隧道开挖的安全。研究为中国岩溶隧道的建设有重要的参考和借鉴价值。     

水电站地下厂房洞室群施工期围岩变形特征与稳定性

根据施工过程岩层揭露情况,结合围岩变形监测数据,分析围岩变形状况。根据施工期岩层探测结果,建立地下厂房洞室群大型有限元模型,利用变形监测数据,对地下厂房洞室群的围岩力学参数进行反演分析;结合数值仿真结果,分析围岩变形规律。研究结果表明:主厂房第一层开挖穿越Ⅲ_1,Ⅲ_2和Ⅳ类围岩,围岩变形受岩层性质影响较明显,在Ⅳ类围岩穿越的副厂房位置,围岩变形较大;厂横0+153.81断面的变形明显比其他断面的大,在后续开挖过程中应加强对Ⅳ类围岩变形的监控量测。     

低地应力区地下洞室围岩变形量二维有限元数值模拟

以西北某市水利地下工程泄洪洞为例,在采用弹塑性二维有限元法对洞室围岩开挖后Ⅳ类围岩变形量进行数值模拟研究的基础上,总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏及其特征。     

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛特征与规律对其稳定性评价与灾害防治具有重要意义。基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析了大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据。结果表明：预埋的多点位移计测点位移主要为0.5-3mm,收敛位移监测值主要为4-8mm,拱顶沉降监测值主要为3-6mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显;基于典型围岩特征曲线经验公式,结合预埋的多点位移计监测数据与数值模拟,提出了地下水封洞库洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%-60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化。     

白鹤滩水电站左岸地下主副厂房上部开挖围岩稳定监测分析

白鹤滩水电站左岸地下厂房为国内特大型地下工程,地质条件复杂,洞室稳定及安全问题成为工程重点关注和研究的内容之一.为了解洞室围岩的实际变形特性,调整支护参数,布置了较为全面的安全监测系统.本文主要介绍了地下厂房上部开挖过程的围岩变形及锚固效果监测,监测结果表明,由于开挖支护控制较好,围岩变形和受力状态正常;并通过对开挖全过程变形监测资料的分析,获得了开挖过程对围岩变形的影响范围,本实例可供同类工程借鉴与参考.     

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。     

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.     

溧阳水电站地下厂房开挖破坏机理数值模拟研究

为研究溧阳水电站地下洞室开挖围岩稳定性,以地下厂房开挖时提供的地质条件和勘察资料为基础,结合完整岩块的强度试验成果,采用颗粒流数值模拟方法研究厂房在破碎岩体中开挖的破坏机理.研究表明,颗粒离散元方法可以较好地模拟地下洞室开挖情况;联合开挖时,出现明显的贯通变形区,且并非距离开挖面越近围岩变形越大;厂房开挖破坏模式为岩体结构控制型破坏,其导致围岩破坏的决定性因素是岩体结构特征.     

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.     

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。     

基于屈服接近度的盐岩储气库多因素优化

利用深部盐岩洞穴进行能源地下储备是国际上广泛认可的能源储备方式,利用盐岩进行地下能源储存也已成为中国能源战略储备的重点部署方向。对于盐岩地下储库群来说,不同的设计、运行方案对地下储库的安全性影响也是不同的。针对该问题研究盐岩储库群的布置形式、矿柱宽度及运行压力对于围岩的稳定性的影响。引入屈服接近度(yield approach index,YAI)的概念,通过大量的数值模拟,以YAI作为定量参数,对比各种不同工况下储库群的围岩稳定性情况,给出盐岩地下储库群的优化布置方案,同时也得到了不同储气压力作用下的腔群稳定性结果。研究成果可为盐岩地下储库的工程设计、建设及运营管理提供有益参考和借鉴。     

基于损伤的黏聚力弱化-摩擦角强化模型对大型地下洞室群围岩稳定性的影响

岩体的峰后强度对大型地下洞室群围岩开挖变形稳定具有较大影响.针对此问题,采用基于损伤的黏聚力弱化-摩擦角强化(cohesion weakening and friction strengthening,CWFS)模型并以动态链接库(dynamic link library,DLL)的形式植入FLAC3D程序中,针对依托工程的大型地下洞室群围岩开挖稳定性,开展考虑围岩开挖损伤和不考虑损伤的开挖全过程模拟.通过分析围岩的变形、应力、塑性区与损伤区的规律及其与现场监测数据的对比,研究开挖损伤对围岩稳定性的影响.结果表明:考虑围岩开挖损伤相对于不考虑损伤时,围岩应力释放程度较高,不利于地下洞室群的稳定;围岩塑性区和变形在主厂房顶拱与边墙等区域增加至1.5～2.0倍.CWFS模型能有效反映围岩塑性屈服的诱因,即损伤系数在0.5～1.0范围内为开挖卸荷导致的屈服,损伤系数在0～0.5范围内为开挖损伤导致的屈服;采用该模型得到的围岩开挖变形在量值上与采用多点位移计得到的现场监测值相近,变化趋势基本相同,不考虑围岩开挖损伤时得到分析结果相对于实际工程偏危险.     

地下储油岩库围岩力学参数的正交设计

在相同岩性的现场库区内,岩体的物理力学参数随取样位置(深度)的变化具有不同的变化水平,即使在稳定岩层区不同深度岩性参数也有一定的差异。为了在储油岩库设计方案的数值模拟试验中充分体现这些实际特点,根据大量的岩石室内试验结果,采用正交设计试验方法,以岩石的弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角共5个参数作为主要影响因素,选取储油洞库围岩塑性区面积(包括拉破坏区面积)和洞周最大位移值作为试验指标进行了正交试验,通过对正交试验结果进行直观分析,研究了地下储油岩库围岩力学参数的确定方法,给出了参数的最优组合,为解决同类问题建立了计算方法和分析思路。     

地下厂房围岩渗控效应精细模拟与评价

我国西南地区河谷深切,坝址区地貌及地质条件复杂,地下厂房的位置往往离库区较近,水库蓄水后,地下厂房围岩渗流特性将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一.为减小厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水廊道等渗流控制措施.采用子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的方法(简称SVA方法),开展了牙根二级水电站厂区整体三维渗流场分析,评价了厂区围岩渗流控制方案的合理性,并论证其优化的可能性.研究结果表明:厂区防渗排水系统的渗流控制效果显著,防渗排水系统设计方案总体上是合理、有效的;厂区上部排水系统对于以库水渗漏为主的渗流控制不起作用,高高程排水孔幕的间距可适当放宽;厂区副排水孔幕对减少厂区各洞室渗漏量、降低厂区围岩孔隙水压力并改善围岩的稳定性具有显著作用.     

水工隧洞深部围岩弹塑性数值分析

隧洞是建筑物引水系统的重要组成部分,地下隧洞开挖后深部围岩应力场的状态变化对预测围岩失稳和开裂具有十分重要的意义。本文讨论了围岩应力分析中的本构模型和围岩应力分析中M－C准则的应用,用RFPA软件对隧洞开挖过程中围岩的应力场分布进行了相关的数值模拟,很好地验证了理论上的一些结论。     

地下厂房洞室群动力反应时程分析

采用动力时程分析法,对杨房沟水电站地下厂房洞室群地震反应进行了三维非线性数值模拟,分析了洞周围岩的加速度、位移时程变化及应力分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,洞室高边墙对加速度有一定放大效应;洞周围岩地震位移波形与输入地震波形一致,围岩各质点间的相对变形及围岩永久变形均较小;围岩应力分布较为合理,最大主应力及最小主应力幅值较小,地下洞室群在设计地震荷载作用下抗震稳定性较好.     

盾构法施工深埋斜井的围岩应力变形分析

以采用盾构法施工的神华新街台格庙矿区主斜井为研究对象,对该斜井穿越2种典型地层的施工过程进行数值分析,得到了施工过程中围岩的应力分布及变形规律.研究结果表明:随开挖的推进,围岩中的应力释放区和塑性区的分布及隧道拱顶、拱底的位移变化规律与水平隧道基本相同;开挖影响范围内,围岩的最大主应力与位移等值线均近似平行于斜井轴线,平行程度随距离斜井轴线由近至远而逐渐变弱;斜井埋深越大,表面沉降越小,且沿着斜井开挖方向成非线性分布;围岩力学性质越差,斜井开挖面的空间影响范围越大;开挖面前方影响范围大于后方,本文斜井的开挖面影响范围为其前方3倍洞径,后方4倍洞径,大于水平隧道.     

深井穿层巷道支护数值模拟分析

采用ANSYS和FLAC3D2种模拟技术相结合的数值模拟方法,模拟了阳城煤矿-920m下车场深井穿层巷道支护状态下的围岩位移情况。根据模拟结果推测不同岩层组合对围岩变形的影响,同时找出原支护方案存在的不足,并提出了加强巷道支护的新方案。通过分析比较为现场应用提出了一套既可以减小巷道变形,又能节省支护费用的支护方案。