水利工程中压力隧洞型式的选择与系数计算

水工压力隧洞的埋设深度决定其施工工期的长短和造价的高低。若能将隧洞内的水压力荷载传递到岩体内,而不引起岩石滑移或涌水的危险,则隧洞距地表面的距离即为压力隧洞的最小埋深。在工程实践中,确定埋深不大的压力隧洞的衬砌型式及参数应仔细研究山岩岩体的结构和应力状态,其最终方案的选择必须进行系统的数值研究。     

内水渗透作用下引水隧洞稳定分析

水利工程中,不衬砌有压引水隧洞是常用的一种水利建筑物,其在运行期间,内水压力作用会时隧洞拱项产生上抬力,并会在隧洞围岩内产生渗流场,改变洞室周边的应力场状态,加会降低围岩体的稳定状况,影响隧洞正常的运行。因此,要使不衬砌有压引水隧洞保持稳定．必须保证隧洞有足够的埋深,且要保证隧洞围岩内的渗流场的作用不至于造成围岩体的破坏。本文从有压引水隧洞最小覆盖厚度的准则、有压内水渗流场及围岩稳定分析等几个方面入手,对内水渗透作用下引水隧洞稳定进行了分析。     

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论，对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析，将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段，即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段；且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系，随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加，水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段，且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

隧洞围岩与支护结构共同作用的模拟分析

本文在考虑隧洞围岩与支护结构的共同作用的情况下，以深圳大鹏半岛支线供水工程（沙湖～葵涌段）为背哥，用Flac数字模拟软件分析了隧洞围岩压力的分布及在衬砌上产生的应力，提出了在不同围岩、不同埋深情况下的隧洞衬砌方法。     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论,对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析,将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段,即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段;且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系,随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加,水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段,且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

SH波作用下浅埋隧洞的动应力集中特性

针对平面SH波作用下浅埋隧洞的动力响应问题,采用复变函数和多极坐标方法,研究了入射波频率、入射角度以及隧洞埋深对隧洞动应力的影响规律.研究结果表明:低频波入射时隧洞埋深对动应力集中系数分布影响不大,但高频波入射时影响较为明显;随着入射波与水平面角度逐渐增大,隧洞动应力集中系数(dynamics stress concentration factor,DSCF)分布越来越复杂,最大值从低频段逐渐转移到高频段;当入射角θ0>0时,最大DSCF略大于3,远大于深埋隧道的2.3;当θ0=0、波数小于0.5且隧洞埋深h>4a(a为半径)时,最大DSCF的谱分布较均匀,此时从最大DSCF的角度可将隧洞近似当成深埋隧洞来分析入射波对隧洞的动力作用.     

引黄工程北干1号隧洞主要工程地质问题及施工对策

万孪寨引黄工程北干线l号隧洞，长43．9km，已完成5．47km，其余洞段即将施工。该隧洞埋深较大，且大部洞身位于区域地下水位以下，工程地质条件极为复杂，通过充分分析其工程地质问题，提出隧洞掘进施工对策。     

小净距隧道浅埋段围岩监测分析

为了研究隧道浅埋段岩体位移与应力动态过程,针对小净距隧道浅埋段的工程特点,对某隧道的岩体位移、支护压力进行了监测,在分析了监测结果的基础上,采用数值模拟技术,对小净距隧道浅埋段围岩动态过程进行了仿真分析.其研究结果表明:小净距隧道浅埋段中夹岩柱岩体总是向开挖侧洞室发生形变且同一断面双线间支护压力区别较大,先行洞支护压力较后行洞高     

浅埋高压引水隧道内外水联合作用下衬砌应力敏感性分析

高压输水隧洞作为有效调送水资源的基础设施在调水工程中得到广泛运用,浅埋高压输水隧洞运营期间在高内水压作用下,存在混凝土衬砌开裂的风险.本文以杭州市千岛湖配水工程为背景,采用控制变量法,利用Abaqus建立有限元模型,针对不同隧洞埋深、不同地下水位以及不同围岩类别下的引水隧洞模型进行渗流应力耦合分析,探究衬砌在不同外界条件下的应力响应.研究结果表明,隧洞埋深大、地下水位高、围岩等级高等有利因素影响下,衬砌内侧最大拉应力较小,隧洞衬砌开裂风险较低.     

中国锦屏地下实验室开挖隧洞灾变特征与长期原位力学响应分析

深埋高应力隧洞建设过程中潜在岩爆、片帮、塌方等工程灾害。中国锦屏地下实验室二期(CJPL-II)是目前世界上埋深最大的实验室(2 400 m),在隧洞群建设过程中开展了变形、应力、微震等系统的综合原位监测和力学响应数值模拟,该文系统分析了隧洞灾变特征与长期原位力学响应,研究结果表明:隧洞围岩变形以1#实验室和4#实验室北侧边墙较大,最大变形达83.7 mm,岩体锚杆应力最大为530 MPa,开挖完成后3个月,岩体变形趋于稳定;基于岩体声波和钻孔摄像揭示的围岩松弛深度范围总体约为0.8～3.5 m;围岩随开挖内部破裂演化,存在分区现象,强度较高且完整的岩体,破裂区范围较小,强度较低且完整性较差的岩体,破裂区范围较大;各实验室开挖时的微震在完整岩体隧洞和断层附近区域更为活跃,各隧洞强弱顺序依次为:8#、 7#、 4#、 3#、 5#、 6#、 1#、 2#、 9#,已完成开挖后的各洞室微震活动性逐渐趋于平静;基于CASRock软件分析表明:实验室开挖卸荷后南侧拱肩和边墙应力高、松弛深度较大,是高风险区。研究成果为实验室灾害预警、稳定性评估、动态设计及长期安全运营提供了直接支撑,也将为相似地质条件的高应力深埋隧洞安全建设提供借鉴。     

煤储层渗透率复合因素数值模型研究

在前人分析渗透率与地应力、埋深、裂隙、储层压力和水文地质条件等相互关系的基础上。指出影响煤储层渗透率最普遍和主要的因素是地应力和埋深。在其基础上，文中以沁水盆地中南部为研究区，通过敷学地质方法，分析和研究渗透率与其影响因素的敷值关系，并研究和建立渗透率影响因素复合模型。     

引汉济渭工程秦岭隧洞岩爆数值模拟与岩爆预测研究

以引汉济渭秦岭隧洞工程为研究对象,针对工程埋深大、地应力高和地质条件复杂的特点,进行高地应力条件下超长深埋隧洞岩爆的数值模拟预测研究。基于隧洞围岩工程力学性质和原始地应力反演数据,通过数值模拟技术,运用离散元法软件(3DEC),对研究区域的五个代表性埋深段进行隧洞开挖数值模拟,分析开挖后围岩的二次应力、位移变化和破坏情况。选择五种不同的岩爆判据对围岩岩爆等级进行预测,并将综合评判结果与实际岩爆发生情况对比。研究表明,基于离散元计算预测岩爆的方法是可行的,预测岩爆等级与实际岩爆发生情况基本吻合。     

深部工程围岩松动圈范围确定及变形破坏机理

随着埋深增加，深部工程围岩在开挖后应力重分布形成支撑压力区，破坏后将形成新的破裂面，稳定的支撑压力区即为围岩的松动圈。围岩松动圈范围的确定以及变形破坏机理的研究，关乎围岩变形稳定控制支护的方式方法。利用围岩的平衡方程和泰勒展开方法，得到松动圈的初始半径，并采用Maxwell方程来表征岩体中缺陷应力演化，推导了围岩松动圈发生劈裂破坏的条件。     

穿越富水断层带隧洞渗流特性正交模拟分析

为了解决福建某引水隧洞开挖过程中产生的(突)涌水问题,采用FLAC3D软件建立隧洞穿越断层破碎带模型。设计了正交模拟试验对不同围岩岩性、隧道埋深及地下水位3个因素下隧洞穿越断层破碎带过程中的渗流作用进行对比。试验结果表明围岩级别对位移影响最大,隧洞埋深影响次之,地下水位影响最小。在此基础上对隧洞进行不同厚度注浆加固设计,解析解与模拟解均表明防渗和加固效果明显。现场施工采用3 m厚注浆圈,穿越断层带引水隧洞的竖向位移和涌水量均得到了有效控制。     

节理岩体中隧洞开挖的渐进破坏模式

节理岩体中隧洞的破坏模式与节理属性密切相关．基于一个能描述多组节理的岩体模型,采用数值模拟技术研究了节理倾角和侧压力系数对节理岩体中隧洞破坏模式的影响结果表明,节理岩体中隧洞的破坏模式受节理倾角控制．在较小节理倾角下,主要表现为肩部岩体的弯曲断裂、节理之间的分离和边墙岩体的压碎;在较大的节理倾角下,主要以边墙岩体的压碎和节理之间层状岩体的滑移为主侧压力系数亦影响隧洞破坏模式,在较小的侧压力系数下,隧洞破坏主要受节理倾角影响;随着侧压力系数的增大,其破坏主要受构造应力影响．这些结论可为隧洞支护设计和施工提供参考     

高渗压条件下裂隙岩体的劈裂破坏特性

基于岩体工程中普遍存在节理裂隙岩体,裂隙岩体在地下工程卸荷扰动后形成复杂应力状态和高水头压力的共同作用下将发生压剪复合破坏或拉剪复合破坏,对裂纹面的应力状态进行分析以判定其破坏模式,并进一步研究岩体裂纹开裂特性及岩桥断裂贯通力学机理,建立相应的临界水压和初裂强度判据。同时,对处于水力劈裂状态的高水头压力隧洞围岩的破坏特性进行模拟。研究结果表明:隧洞在高渗透水压的驱动下周边围岩开始发生水力劈裂,形成拉剪劈裂区;随着内水外渗的发展,随即在拉剪劈裂区外侧形成压剪劈裂带,同时,拉剪区和压剪区继续扩展直至渗流衰减趋于稳定。     

岩盐溶腔围岩应力分布规律的有限元分析

在有限元数值计算的基础上，分析了岸盐溶腔围岩地应力等值线图以及主应力随深度和水平方向的变化规律，探讨了溶腔顶板跨度、溶腔水压力以及岩盐层埋深等因素对岩盐溶腔围岩地应力分布的影响。研究认为，主应力一般将随深度的增大而增大；离岩盐溶腔的越近，岩盐溶腔对其周围地应力分布的影响程度也随之增大。随着顶板跨度的增加，在岩盐溶腔边界的地应力集中愈明显，且波及的范围愈大；随着溶腔内水压力的逐渐增大，岩盐溶腔围岩内的地应力集中逐渐削弱；随着岩盐层埋深的增大，岩盐溶腔围岩内地应力集中现象愈加明显，且其围岩内的地应力绝对值也将明显增大。     

大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策

本文以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托,对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发,结合能量及应力条件,运用有限元分析软件MIDAS-GTS-NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三维有限元模型,对围岩应力特征进行比较分析。研究结果表明：从力学角度来看,岩爆的孕育过程是由弹性转换为塑性,并发生在塑性岩体中,周围弹性岩体负责为其提供能量,围岩储存的能量和开挖导致的应力集中分别是岩爆发生的根本条件和触发条件;隧道埋深、进深以及断面形状是影响隧道岩爆的重要因素,其中埋深对其影响最为明显,围岩最大主应力与隧道埋深、开挖进深及断面大小呈正相关性;隧道埋深在600 m左右时,围岩最大主应力达到45.90 MPa。根据强度应力比法,结合施工钻孔取芯参数,最终结果表明大凉山隧道属于极高地应力区,具有发生岩爆的风险,施工时应当采取相关防范措施。     

60 m大跨度洞室最小矢跨比研究

大跨度洞室的最小矢跨比是大跨度洞室尺寸设计的重要参考依据,基于能够考虑岩体软化、剪胀、体胀、密度变化等开挖响应特征的Cavehoek本构模型和能够反映不同岩体质量、岩石单轴抗压强度条件下的极限应变标准,对不同地质强度指标GSI、埋深、侧压力系数、结构面等条件下的60 m大跨度洞室的最小矢跨比进行了研究.结果表明,GSI、侧压力系数、埋深3个因素中,GSI对大跨度洞室的最小矢跨比影响最大,侧压力系数和埋深次之;岩体质量越好,最小矢跨比越小,最小矢跨比与侧压力系数和埋深之间并非线性关系.结构面和岩石单轴抗压强度对大跨度洞室最小矢跨比有较大的影响,尤其是缓倾结构面非常不利于大跨度洞室成拱.