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.     

不同地应力特征下超大跨扁平地下洞室水平地震响应分析

超大跨扁平地下洞室建设难度大、力学作用复杂,其地震响应研究目前尚处于探索阶段.为揭示超大跨地下洞室地震响应机制,依托国内某超大跨扁平洞室工程,采用动力时程法进行不同侧压力系数的洞室塑性区、Mises应力及位移的水平向地震响应分析.结果表明:地震作用下,围岩塑性区及塑性应变最大值均显著增加;静水压力条件下,围岩静力及地震...     

露天-地下联合开采中洞室群动力响应分析

利用FLAC3D软件模拟了露天爆破荷载作用下地下洞室群的动态响应.采用IDTS3850测试仪实测爆破振动数据,利用萨道夫斯基经验公式计算在最大装药量和最短爆心距情况下的爆破振动参数;将速度时程转换为应力时程,并利用FLAC3D内置的Fish函数,通过在边界节点或内部节点上输入动力荷载时程来实现动力加载,然后从塑性区、位移和应力方面对动力模拟和静力分析结果进行比较,得出动力荷载对洞室群稳定性的影响状况.研究表明:爆破振动会加大洞室群的竖直位移,尤其是洞室间交叉区域的位移;施加动力荷载后,对静力作用下所产生的应力集中有一定的卸荷作用,还会增大洞室壁的片帮,但不会使洞室群整体破坏.     

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.     

基于Vague集的地下洞室地震安全评价

针对地下洞室群安全评价研究相对匮乏,且研究中大多针对应力或位移等单一指标开展安全评价,其结果具有明显局限性的问题,基于集成强度折减法、粒子群优化算法、投影寻踪法及Vague集的集对分析模型等方法,以结构的竖向位移、水平位移、加速度及压应力等多个动态响应参量作为地下洞室地震安全评价的关键指标,提出了适用于大型地下洞室群多指标的地震安全评价方法体系。以某工程为例进行了大型水电工程地下洞室群地震安全评价研究,结果表明所选地下洞室的3个断面均处于安全稳定性较好的评价等级,验证了地下洞室群地震安全评价模型的有效性。     

压气储能遂昌地下储气库结构应力变形特性数值研究

为了解压气储能地下储气库结构应力变形特性,以浙江遂昌拟建压气储能电站地下储气库为研究对象,采用热力耦合理论对运行条件下储气库的密封层、衬砌、围岩的应力变形特性及其变化过程进行了研究.研究表明:在循环充放气条件下,因储气库内压缩空气与密封层之间的热交换致使密封层温度出现较大幅度上升,而混凝土衬砌和围岩温度上升幅度较小.在距洞壁较近处,各结构层在高压作用下产生了较大的应力和位移,但随着与洞壁表面距离的增加,应力和位移逐渐减小.各结构层应力和变形均在允许范围内,储气库围岩稳定性良好.在循环压力的作用下,各结构层温度、位移及应力均呈现周期性的变化特征,且距洞壁越近,其变化幅度越大,而远离洞壁的围岩的温度及力学响应明显滞后.     

不同岩石数值计算材料下的洞室稳定对比分析

利用数值模拟分析软件,研究了不同岩石材料下的洞室稳定性。结果表明:(1)由于岩体屈服变形的影响,弹性材料下洞壁围岩最大主应力极值最高,弹塑性材料次之,弹脆性材料极值最低。(2)三种材料下地下洞室开挖后最小主应力量值分布基本相似,环洞壁方向量值接近于0。(3)弹性、弹塑性及弹-脆-塑性三种材料所对应的位移情况基本相同,变化规律亦基本相同。(4)洞室围岩不稳定部位,弹性模型计算时稳定系数低于1.0,弹塑性及弹-脆-塑性量值为1.0。采用数值软件模拟分析洞壁围岩稳定时,选用不同材料时应注意相应的取值。     

陡倾角层状岩体中地下洞室围岩的变形

考虑到层状岩体顺层滑移和弯曲变形的特点,将Cosserat介质理论引入到大型地下洞室的开挖模拟中,基于Matlab编制了考虑偶应力的有限元程序,并对一个简单地下洞室模型进行模拟分析。结果表明:洞周围岩的变形随层面间距的增大而减小,洞室变形的不对称性在层面间距越小的情况下越明显;大型洞室高边墙的位移随层面倾角先增大后减小,反倾向一侧的位移在倾角为60°达到最大,而顺倾向侧边墙在30°达到最大;在洞室的同一高度处,当岩层倾角缓时顺倾向侧洞周位移要大于反倾向侧的位移,而当倾角变陡后,顺倾向侧洞周位移要小于反倾向侧的位移;层面的切向刚度对洞周位移影响很大,洞周位移随切向刚度系数的减小而迅速增大,但切向刚度系数减小到一定程度后将趋于稳定。数值模拟表明用Cosserat介质来模拟层状岩体是合适而且方便的。     

基于EFAST法的地下洞室静动力稳定参数全局敏感性分析

进行地下洞室静动力稳定参数敏感性的研究,可为地下洞室结构喷锚支护设计提供科学决策依据.本文采用基于全局敏感性分析的EFAST法对地下洞室在静力边界下围岩的应力、变形的参数敏感性进行了分析,并对有限元法与离散元法计算得到的敏感性结果作了对比分析.采用有限元法与块体理论,对块体的稳定性进行了分析,并采用EFAST法研究了块体受围岩岩体参数影响的动力敏感性.结果表明,在静力边界下弹性模量对围岩变形影响的敏感性最大、内摩擦角对洞室最大主应力影响的敏感性最大;对影响块体滑移的岩体参数的动力敏感性分析结果表明,得到的总体全局敏感性较大、一阶全局敏感性较小,表明块体滑移受单一岩体参数变化的影响程度较小,受多种岩体参数的联合作用的影响程度较大.     

圆形洞室动态施工中围岩粘弹时变解析分析

针对深埋地下洞室,寻求洞室动态施工中围岩应力及位移场的解析解.在推导中考虑了岩体粘性时效和动态施工对位移影响的耦合作用.将开挖岩体模拟为Maxwell粘弹模型,从基本控制方程出发,导出双向等地应力情况下无限均匀介质中圆形洞室施工过程围岩位移解析解;应力解则由时变力学对应性原理得出.该结果可用于圆形洞室半径任意时变的情况.针对匀速和加速施工情况进一步求解施工至某一时刻结束后的位移粘弹解,定量分析最终形状相同时,不同时变速度和加速度对最终结果的影响,分析了粘性介质中圆洞施工的时径相关性现象.     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析

首先推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制了相应的计算程序,然后重点对圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构进行几何非线性地震响应时程分析．针对主体结构单独承载及子结构参与协同承载两种情况,分析了立体桁架拱内关键节点及关键杆件的地震响应时程曲线,了解了结构基本地震响应时程特性;进行了不同方向地震波作用时程对比分析,论证了该结构抗震验算需考虑三维地震作用;最后将振型分解反应谱法与时程法结果进行了对比分析,说明了对于该结构,反应谱法可用作初步的抗震分析,但最终必须用时程法进行验算．     

V形墩连续刚构桥静动力行为及地震响应分析

以新洋港V墩连续刚构桥为工程背景,采用结构分析软件Midas／civil2010建立空间有限元模型,进行施工全过程仿真分析,计算主桥各个施工阶段和运营阶段不利荷载组合下的内力、应力和变形情况;同时,进行动力特性分析,并分别用反应谱法和一致时程激励法计算主桥在El地震作用下的内力和位移响应．计算表明,施工及运营阶段主桥受力合理,满足规范要求;地震作用下的位移响应较小,考虑竖向地震作用对V墩轴力和主跨跨中内力影响较大,计算结果可为抗震设计提供依据．     

预制地下综合管廊地震响应有限元分析

为揭示预制综合管廊在地震荷载工况下的薄弱部位及其受力、变形情况,本文以自卡式全预制地下连续墙综合管廊为研究对象,进行了地震响应三维有限元分析。结果表明：地震作用下,结构位移主要受土体影响,结构边角点动力响应强烈,顶板、底板动力响应强于侧墙;结构位移从下往上呈递增趋势,应力集中于边角、接头,凸墙纵筋受力明显,两侧墙纵筋轴力呈反对称趋势;加速度传播受介质影响,结构中加速度放大系数低于土体。     

磁流变阻尼器受控平面L形框架结构的多维减震

为分析加入磁流变阻尼器(MRD)框架结构的多维减震性能和扭转震动特性,采用MATLAB软件开发了未控和MRD受控平面L型框架结构的空间计算模型程序,在三向地震荷载作用下分别对未控和MRD受控模型进行了动力时程分析,对结构典型节点X、Y、Z向的位移时程响应、加速度时程响应、结构的各层位移、加速度、层间位移角以及空间扭转震动响应进行对比。结果表明：用MATLAB开发的未控和MRD受控平面L型框架结构的空间计算模型程序能有效计算结构的多维地震响应;MRD可以有效减小平面L型框架结构的多维位移和加速度时程响应;MRD可以有效减小平面L型框架结构的各层最大位移、加速度和层间位移角;合理地布置MRD能够稳定地发挥耗能作用,并能有效减小平面L型框架结构的扭转震动响应。     

基于无限元和波场分离法的地震响应数值分析

用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场区域,并在有限元和无限元接触处施加等效荷载以输入地震作用,从而求解半无限地基的地震响应.通过算例对边界和地震输入方式进行验证,研究剪切波作用下,重力和土与结构相互作用对场地地震响应的影响.结果表明:基于无限元和波场分离法的地震输入,能够有效仿真波动在半无限地基中的传播过程;重力对水平地震运动无影响;土与结构相互作用效应使短周期段加速度反应谱值降低,而长周期段加速度反应谱值增加;土与结构相互作用对岩石地基水平位移无影响,但使结构底部地基的最大主应力和最小主应力幅值增大.     

地震作用下重力坝非线性振型响应的耦合性分析

以结构初始弹性振型为基向量,将地震荷载向量展开为振型荷载的组合。以Koyna重力坝为例,采用混凝土损伤塑性模型和非线性时程分析法,计算各振型荷载引起的大坝非线性响应。取地震加速度峰值为0.5g,给出了Koyna、El Centro实测地震波和1种人工地震波作用下大坝前5阶振型荷载引起的坝顶位移响应。结果表明,非线性情况下,坝顶位移响应依然由与荷载分布相同的振型分量主导,重力坝振型响应具有弱耦合性。     

110 kV电容器组地震模拟振动台试验

本项研究在模拟地震振动试验台上对一台特高压变电站内的实际110 kV电容器组设备进行测试.通过白噪声激励,明确该实际设备的动力特性;通过标准时程波激励,测定地震作用下该设备关键部位的加速度、应变、位移等参数,测定电容器组设备的地震响应规律.测试结果显示,电容器组设备2个水平方向的1阶频率分别为2.27 Hz和2.31 Hz,因此具有较高的地震易损性;在输入峰值加速度为0.4g的标准时程波时,电容器组根部绝缘子的最大应力为40.80 MPa,小于材料破坏应力.试验表明,电容器组各层结构均存在地震加速度放大效应;在地震作用下,设备的支柱绝缘子为地震中的易损部位,对此可通过提高瓷强度和连接刚度等方式提高绝缘子的抗震能力.