大型地下洞室群开挖支护弹塑性损伤优化研究

正在设计施工的某大型水电站地下洞室群地质条件复杂,其开挖支护方案对围岩稳定性非常重要,因此,对支护方案进行优化研究非常必要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤模型和损伤演化方程,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM,具有模拟开挖与支护、计算速度快、群组功能等特点。建立大型地下洞室群三维数值模型,将通过实测地应力反演的应力作为初始地应力。采用D-FEM模拟了不同支护方案洞室群的施工过程,通过分析洞室围岩的应力、位移和破损区,支护方案2的支护效果最好,建议采用此方案。考虑岩体损伤演化后与FLAC3D塑性区相比,洞室群边墙中部的破损区显著增加,因此,程序可应用于地下工程的稳定性分析     

复杂洞群地下水渗流效应的数值模拟

采用三维有限差分FLAC3D程序,以二滩工程地下洞群的结构形式为背景,考虑与不考虑节理岩体静水渗流对围岩稳定性进行了大量计算工况的准三维数值模拟。对毛洞开挖时主厂房边墙关键点的位移和主厂房的塑性区进行了系统分析,得到相应的结论,可供大型地下洞室群稳定分析时作为参考。     

佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房施工开挖过程的FLAC3D数值模拟

选取佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房区,采用三维快速拉格朗日法（FLAC3D）模拟施工开挖过程,研究了洞室群围岩的开挖变形形态和应力状态,分析了围岩和调压井高边坡在自重荷载作用下的开挖稳定性。通过对地下厂房洞室群区的加固处理,分析了围岩在加固后的力学特性。利用FLAC3D程序的Ubiquitous模型,引入了一组主要节理裂隙,分析了此组节理裂隙对地下洞室群围岩的开挖变形及整体稳定性的影响,并与无节理裂隙的数值模拟结果进行对比,综合评价了节理裂隙对洞室群围岩稳定性的影响。     

龙滩地下洞室群围岩稳定性分析

大型地下洞室群的开挖和支护结构与围岩的稳定性密切相关,龙滩地下洞室群是布置在陡倾角层状结构岩体的巨型地下结构。应用FLAC3D方法,研究龙滩地下洞室群在开挖和支护过程中围岩的变形特征以及支护结构的受力特点,并将位移计算结果和现场监测结果进行比较,结果表明：数值计算的结果与监测结果规律基本一致,但数值计算位移的量值比监测结果略大。由此可知,采用本计算方法模拟急倾斜岩体内开挖大型地下洞室群具有较强的可靠性。     

基于SLR-ANN的地应力场三维智能反演方法研究

基于黄登引水发电系统区域地应力实测结果及建立的三维数值仿真计算模型,揭示了工程所在区域的三维地应力场分布特征,为地下工程的开挖加固设计提供更加准确的基础资料。分别采用传统多元线性回归方法、人工神经网络方法与考虑地质历史过程的基于逐步回归原理耦合人工神经网络(SLR-ANN)的非线性智能方法获得黄登水电站厂址区域的地应力场,再将地应力的实测值与反演数值解进行对比。结果表明:3种方法下反演所得引水发电系统区域内三维地应力场均与实测结果相一致,表明3种方法较为真实地模拟了整个地下洞室群区域三维地应力场的分布规律及特征。但采用SLR-ANN二次智能反演方法进行地应力反演,模拟效果更加接近监测值,且因减少了反演参数的个数而大幅度地提高了反演效率,可将反演计算结果应用于后续洞室开挖及锚固仿真分析中。     

不同洞形围岩弹塑性稳定性的计算机数值仿真分析

基于弹塑性围岩理论，应用ANSYS有限元软件，采用Drucker-Prager准则，对不同形状的洞室进行了有限元数值模拟分析，通过沿计算模型径向的应力、位移的分析，更清楚地了解洞室围岩的内部状况，使得在洞形选择上有所帮助，避免选择稳定性差的形状；同时在洞形确定后，为后期支护结构的设计能够提出可预见性的指导。     

溪洛渡地下洞室群地震响应的二维及三维数值模型比较分析研究

验证了显示有限差分方法进行地震波衍射分析的可行性,并基于此方法分别建立了二维（2D）及三维（3D）数值模型,对溪洛渡地下洞室群的地震安全性进行了分析与讨论。研究表明,在唐山余震天津医院地震波作用下洞室群处于安全状态。对比2D及3D数值计算结果可以发现,2D数值模型计算效率远远高于3D数值计算模型;对于建造于完整性较好、强度较高的岩体介质中地下洞室群而言,可以采用2D数值模型粗略估算洞身部分的地震响应,而洞室端面的动力响应则必须通过建立3D模型来进行分析。     

浅埋暗挖洞桩法参数敏感性分析

针对浅埋暗挖洞桩法理论分析落后于工程实践的实际情况,依据地下结构设计计算理论的地层--结构法,以有限单元法作为分析手段,建立三维计算模型,系统开展了浅埋暗挖洞桩法施工过程的数值模拟,以及参数变化对洞周围岩稳定性和位移场的影响分析。结果表明：浅埋暗挖洞桩法用于大断面洞室或超浅埋洞室暗挖施工时,洞周围岩稳定性良好,并可有效控制地表沉降。洞室跨度为14 m左右时控制地表沉降的效果最好;在不同埋深条件下控制地表沉降的效果基本相同;洞室高度的影响则不明显。研究的结论对今后浅埋大断面单跨洞室暗挖施工方案比选和采用浅埋暗挖洞桩法施工具有指导 作用。     

地下隧洞开挖和支护的三维数值分析计算

根据地下工程锚固支护原理,采用隐含锚杆柱单元的三维有限元和混凝土喷锚支护的三维数值计算方法,对复杂的地下泄洪隧洞的开挖和支护进行了分析计算。该方法不仅能够有效地反映锚杆的长度、密度、倾角对洞室开挖的影响,而且能够较好地模拟钢拱架和锚杆的时间施加效应。由于隐含锚杆柱单元和喷层单元是隐含在岩体单元中的,所以锚杆和喷层单元不受岩体单元划分的影响,能够有效地模拟各种支护方案,加快计算速度,合理反映锚固支护所作用的位置和时间影响。通过对构皮滩泄洪洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了施工开挖的稳定性和锚杆、喷层、钢拱架的支护作用,提出了洞室结构的加固措施,为工程施工开挖提供了有效的设计依据。     

地下洞室超欠挖问题非线性有限元分析

运用数值分析的方法,采用ANSYS10.0版有限元分析程序对洞室超欠挖进行三维模拟计算,分析了不同超挖位置、超挖深度、超挖数量等对洞室围岩稳定性的影响,得出了超欠挖部位应力集中数值解及塑性区产生的影响范围,为地下工程掘进施工和初期支护设计提供重要的参考依据。     

地震载荷下斜坡稳定性数值模拟分析

地震载荷是影响复杂结构斜坡塌滑的一个重要因素。本文以汶川震区一边坡为实例,利用有限差分法FLAC-3D对地震动力下斜坡进行了数值模拟。并且在用FLAC-3D进行斜坡动力分析时探讨了边界条件设置、动力时程的合成以及输入和转化。从位移场与速度场进行了详细的动力分析,获得该斜坡地震载荷下位移场、速度场的变化规律,指出山体斜坡在非连续介质状态下软弱面区域位移和速度最大,为后续进行复杂的山体破坏力学研究提供理论依据。     

FLAC-3D前处理程序开发及其工程应用

在研究FLAC-3D模型构成特点的基础上。分析单位柱体多层面交切关系的复杂性,采用基本单元模型和多层组合模型对具有复杂地质结构、复杂施工工况的计算模型的建立进行了探索,并利用可视化计算机语言Visual Basic编写了相应的程序。实现模型建立的程序化、便捷化。并以工程实例验证了该程序的处理功能和适用性。     

锦屏Ⅰ级水电站解放沟左岸边坡倾倒变形机制的3D数值模拟

为研究某一边坡的变形机制问题,采用3D-σ模拟了地质体演化机理,用FLAC-3D模拟与3D-σ的模拟结果相互验证;获得了河谷下切过程中边坡的变形特征,揭示左岸边坡的变形破裂形成机制。经分析得出如下主要结论:从地应力的角度分析河谷边坡变形的成因机制是切实可行的方法;坡体的卸荷促进弯曲倾倒变形的进行,并为它划定界限;作者提出的解放沟左岸边坡变形的成因机制是合理的;卸荷回弹也是促进倾内层状体边坡中深层弯曲倾倒变形进行的起始因素,并为变形划定界限;倾倒变形的破坏面是双折线型的。      

基于GIS与数值模拟的边坡稳定性评价

基于GIS的区域边坡稳定性定性评价和分区与基于极限平衡法或数值模拟的单体边坡稳定性定量评价是当前边坡稳定性研究的两个主要方向。在总结当前这两个研究方向结合点的基础上,基于ArcGIS和FLAC2D软件,结合编程技术将两者集成,实现了剖面自动生成和FLAC2D计算数据前处理功能。将此应用于某工程实例,进行边坡稳定性定性和定量评价,结果客观准确。     

用FLAC-3D分析呷爬滑坡的变形特征

简单地介绍了边坡岩体变形研究的现状和FLAC-3D软件,利用FLAC-3D软件对天然状态下和蓄水条件下呷爬滑坡的变形进行数值模拟研究。根据模拟所得的计算结果,从滑坡主剖面上特征点的位移值和位移矢量图分析,得出滑坡体在天然状态下和不同蓄水高程下的变形特征,确定滑坡变形特征与滑坡稳定性之间的联系。从而为呷爬滑坡的稳定性评价提供必要的理论依据。     

附加荷载对斜坡稳定性评价的影响分析

以某不稳定斜坡为例,采用传递系数规范法和FLAC-3D模型,分别计算稳定系数.分析附加荷载大小和位置变化对斜坡稳定性的影响.结果显示.两种结果总体趋势一致,但3D模型法结果比2D规范法更接近现场勘查结果.同一位置增加荷载稳定系数降低,荷载位置偏移作用范围稳定系数增加,但到一固定数后保持不变.     

FLAC-3D在边坡岩体稳定性分析中的应用

采用三维显式差分法（FLAC-3D）对彭水水电站一边坡岩体进行三维弹塑性数值分析,模拟了边坡开挖对其整体稳定性的影响,从而分析了边坡的稳定性,依此为设计提供依据。     

一种边坡多滑动面搜索的新方法

近年来关于边坡最危险滑动面的搜索的研究方法主要集中在算法的优化方面,事实上对边坡内次级潜在滑动面的搜索也有必要,而目前相关研究并不多。本文提出一种在FLAC-3D中通过控制强度折减法中的折减系数来实现多条滑动面搜索的新方法,并通过算例来说明。同时采用Bishop法与该方法作对比分析,结果表明两者的计算结果十分接近,局部边坡安全系数误差不到1%,整体边坡安全系数误差不到4%,由此论证了该方法的合理性和可行性。     

铁矿开采对脖子梁副坝安全运行的影响

马道子铁矿位于潘家口水库脖子梁副坝东侧约160 m,铁矿开采是否会对副坝的安全运行产生影响是一个非常重要的课题。首先,采用三维激光扫描仪对研究区地形进行了大比例尺的测绘,建立了三维地质模型;然后,采用回弹仪、点荷载仪对岩块强度进行了力学测试,同时在井下进行了节理裂隙统计。在此基础上,运用RMR分级系统对围岩质量进行了分级,确定出了围岩的强度指标。其次,运用FLAC-3D对铁矿开采引发的地表移动规律进行了预测研究。最后,采用Visual Modflow对脖子梁副坝渗流场进行了模拟分析。研究成果表明,只要马道子铁矿按照设计要求进行开采,就不会对脖子梁副坝安全运行造成影响。     

清江水布垭地下厂房围岩稳定三维数值分析

采用三维有限差分法,对水布垭地下洞室群围岩稳定性进行了分析。通过多种方案计算和比较,论证了局部软岩置换、支护型式优化、支护参数优化的合理性。在此基础上对地下洞室围岩的整体稳定性作出评价。