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。     

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.     

乌东德水电站左岸地下主厂房围岩支护效果分析

地下洞室围岩支护效果检验分析对于地下工程运行具有重要意义.本文在围岩监测分析基础上,采用FLAC 3D对乌东德水电站左岸地下主厂房洞室开挖过程与支护效果进行数值模拟,通过对比分析位移场、应力场及塑性区等基本场与围岩变形监测数据的变化特征,定量评价围岩支护效果.分析结果表明,围岩支护效果显著,尤其是对顶拱围岩的位移变形遏制十分有效:支护后,顶拱累计位移量值最大下降幅度达96.4%,边墙累计位移值下降幅度达18%～25%,且变形趋于稳定;边墙拉应力逐渐减小,局部拉应力逐步变为压应力,缓解了应力集中效应,量值最大下降幅度达32.89%;边墙部位塑性区深度减小,范围缩小,塑性区深度下降50%;支护前后边墙的累计位移值的一致性说明了边墙围岩的自承能力较顶拱围岩强,且实际施工对边墙的支护是及时的.     

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.     

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。     

龙滩水电站地下洞室群围岩变形与稳定性的二维弹塑性分析

龙滩水电站是红水河陡倾角层状结构岩体;两者的耦合作用,使洞室群围岩的稳定性,特别是主厂房与调压井的高边墙、洞室交叉口部位的变形稳定性尤显复杂,倍受关注.本文通过对龙滩工程厂房区地质调查,结合洞群结构分析,建立了工程地质概化模型,采用二维弹塑性有限元对地下厂房洞室群的施工开挖进行模拟,对比分析了多种不同条件下的洞室群开挖变形、应力以及屈服区的分布特征,获得了一些有益于指导施工的结果.     

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.     

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.     

龙滩水电站地下厂房大跨度高边墙开挖施工技术

龙滩水电站左岸地下厂房是目前世界上规模最大的地下厂房,地下厂房主厂房洞室尺寸庞大,与之相贯的洞室较多,与其平行布置的主变洞、尾水调压井之间的岩柱较薄,工程地质条件复杂.结合龙滩水电站地下厂房施工,分析地下厂房施工通道布置、开挖分层以合以及顶拱层、岩锚粱、高边墙穿洞等关键部位的施工特性和施工技术要点,总结了大跨度高边墙地下洞室开挖的关键技术,为以后同类工程施工提供一定的经验和借鉴.     

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.     

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。     

锚固洞室拱部侧爆模型试验

通过室内模型试验,从洞室破坏形态、破坏过程、围岩径向应力、洞壁应变、拱顶和边墙位移、拱顶和底板加速度6个方面对直墙拱顶型锚固洞室在集中装药拱部侧爆条件下破坏情况和受力变形特点进行研究。试验结果表明:在拱部侧爆情况下,洞室破坏主要发生在迎爆侧半拱,破坏类型是在拱脚发生剪切破坏,在半拱中部发生拉伸破坏,洞室围岩径向应力是破坏的主要控制因素。洞室围岩以受压为主,变形主要表现为拱部和迎爆侧边墙向洞内发生位移。根据加速度测试数据,该类洞室设计时必需采取减震措施。     

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。     

大跨度高边墙地下洞室被复混凝土施工的抗渗抗裂技术

介绍了大跨度高边墙地下洞室被复混凝土施工支撑系统的设计以及混凝土结构的抗渗、抗裂技术,这些技术在海南某工地进行了现场应用,整个工程全部符合设计和规范要求。     

中国岩石工程技术的新进展

在水电建设的岩石工程技术方面,介绍了三峡船闸高边坡稳定性及监控施工技术;深切河谷水电工程高边坡稳定性和支护技术;大跨度高边墙地下洞室群围岩稳定技术。在公路、铁路建设中的岩石工程技术方面,介绍了青藏铁路——穿越长年冻土层的施工技术;公路、铁路隧道中乌鞘岭隧道挤压大变形支护技术,高寒高海拔的风火山隧道、二郎山隧道施工技术;岩溶地区隧道超前地质预报技术。在矿业工程的岩石工程技术方面,介绍了煤矿巷道支护成套技术创新体系;低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术;深凹露天矿安全高效开采技术。另外,还介绍了岩石工程锚固新技术和精细爆破技术。     

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.     

高地应力区特大跨度尾水洞岔洞施工技术

目前全国水电建设正是黄金时段,以后地下水电站开发将如雨后春笋般增加,会出现更多的高应力大跨度地下洞室。高地应力条件下大跨度地下洞室开挖支护是目前水电开发中亟待解决的重大课题,本文参照官地水电站2#尾水洞岔洞开挖支护施工成果,对高地应力区特大跨度岔洞开挖支护施工技术进行整理分析,为今后这一类工程的设计与施工提供代表性的工程实例与参考资料。     

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.     

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。     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。