层状地质体与地下工程开挖三维可视化

地质体与人造工程几何形态极其复杂,其三维可视化是地学的一个难题。通过多层DEM形成层状地质体界面,在此基础上,借助中轴变换技术概念,用地层厚度和地层中层面将地层的形状特征及拓扑关系表现出来,建立了一个判断地层任意位置属性值的方法,藉此运用空间插值技术、等值线生成技术、扫描表示技术等可视化技术将地层以及地下工程开挖绘制出来,避免了复杂的开挖体元属性及形体判断和开挖面与体元求交过程。采用此方法实现了某水电站地层与厂房基坑开挖三维可视化。     

地下工程开挖面空间效应特征研究及应用

地下工程开挖面对围岩变形具有约束作用,在该约束作用下开挖面表现出显著的空间效应。通过开展地下工程开挖面空间效应现场试验,获得了开挖面空间效应特征。根据现场试验结果,提出了描述开挖面空间效应的双曲正切函数经验公式。利用上述经验公式,开展了洞室围岩稳定性控制研究,获得了不同预警等级条件下拱顶沉降值控制标准。研究发现,对某特定断面,空间效应最显著时并非开挖面透过该断面时;地下工程围岩稳定性越差,开挖面空间约束效应越不明显;若采用常规先开挖再监测的方法,不能监测到围岩全部位移,从而影响参数反分析的准确性;利用开挖面空间效应原理可以获得地围岩稳定性位移控制标准。研究结果为深入了解地下工程空间效应和开展地下工程稳定性控制提供了借鉴和参考。     

建立常州市工程地质数据库智能系统框架的探讨

基于ArcGIS信息集成平台和Oracle数据库,构建了常州市工程地质数据库智能系统框架,对长期分散积累的工程地质数据进行收集整理、挖掘利用,开发了工程地质数据科学管理和辅助决策功能,集工程地质数据管理与发布、工程地质数据处理、工程地质数据分析、地下空间规划分析、地下工程可视化与分析子系统于一体,可为城市规划、城市建设和决策,提供工程地质依据。     

关于地下工程的开挖计算

用有限单元法计算地下工程在自重作用下的开挖问题时,往往会出现洞顶下沉量偏小、洞底鼓出现象被夸大的情况。在本文中,作者从这一情况出发,详细地分析了开挖计算的力学实质,揭示了产生上述问题的原因。同时提出来开挖时的卸荷效应和解脱约束效应两个概念,并在此基础上建立了计算地下工程开挖问题的新提法。最后计算了几个简单的例题,得到了令人满意的结果。     

干旱地区地下埋藏物的地质雷达探测方法

地质雷达应用于探测地下工程,常通过探测地下开挖区域间接地寻找目标。对因回填或坍塌空洞不明显的开挖区域,须通过研究开挖区边界以及地层缺失的雷达影像扰动特征,判定开挖区范围。现场探测实验表明,这种探测方法较准确,误差在允许范围内,达到了预期。同时,对干旱地区地质雷达探测地下埋藏物开挖区域的方法和影像特征进行分析和总结。     

地下工程渗流场有限元模拟研究

在水电、石油、交通等部门的地下工程中,经常会遇到地下水的渗流问题,如果处理不当,可能诱发应力恶化而影响结构稳定。本文以非饱和介质的渗流模型为基础,实现了地下洞室开挖过程中的非稳定渗流场解析。
按分期施工方案,在保持渗流场变化连续性的前提下,对各施工阶段进行了准稳定渗流分析,并在此基础上建立了地下工程非稳定渗流数值模型。其中,对于洞室系统,基于水量平衡原理,采用了子结构模型;对于防渗帷幕,采用了隔水层模型;对于排水井列,采用了杆单元模型。
根据上述模型,采用有限差分法作为数值模拟方法,编写了地下工程非稳定渗流场分析的有限元程序,实现了复杂渗流区域的渗流场的动态模拟。工程实例计算分析表明,用该模型计算的结果是合理的。      

基坑工程有限元数值分析结果的可视化表达

针对基坑工程的施工力学特性,采用双扫描线提出有限元数值计算结果可视化后处理方法,在阐述了双扫描线方法的基本原理和实现方法的基础上,编制了可视化后处理类程序,并整合到所开发的基坑开挖有限元分析程序中。最后,对某一开挖基坑计算结果进行了处理,得到了满意的效果。     

地下坑道开挖前方结构面超前探测

本文在分析总结现有地球物理勘探方法的基础上, 提出了一种适合地下工程开挖前方结构面探测的新的方法--TVSP法, 同时对该方法进行了必要的分析。     

地质数据三维可视化的属性、分类和关键技术

地质数据三维可视化具有显著的空间决策支持属性,其应用分类包括表达可视化、分析可视化、过程可视化、设计可视化和决策可视化。能否实现这两类"五个可视化",是检验所有地质三维可视化软件的水平和质量的试金石。地质数据三维可视化技术在矿产资源勘查、工程地质勘查、矿山设计开发、水利水电工程设计、地质灾害勘查治理和国防工程建设领域,有着广泛的需求和应用前景。其发展趋势是实现地上、地下、地理、地质数据一体化三维可视化采集、存储、管理、处理和集成应用。复杂地质结构的表达和快速动态建模方法和技术,仍将是未来一段时间的研究重点,引进知识驱动和本体论思路、方法,可能是解决这些问题的有效途径。     

深基坑施工及基坑安全性监测实例

绍了南京市中央路某地下工程深基坑支护施工情况。施工中对基坑开挖的安全性进行随时监测，反馈信息及时指导施工，对施工中出现的险情及时处理。     

Dynamic Analysis of Underground Openings

Summary Stability analysis of the underground openings under earthquake induced dynamic loads has been carried out for the four underground openings, which exist at Koyna H.E Project, Koyna, India. Vertical and horizontal displacements, maximum compressive and tensile stresses occurring in the vicinity of these openings have been computed and are compared vis-à-vis the values obtained from the static analysis. A reasonably good agreement between the results has been noted. The minimum major principal stresses (tensile), which exist only in the vicinity of the underground openings, when static analysis is conducted are noted to spread over the entire rock mass when dynamic analysis is performed. The study presents a methodology, which can be used for checking the stability of the underground openings, under seismic loading conditions.     

On the Application of the Novel Thin Spray-on Liner (TSL): A Progress Report in Mining Operations

Stability is the main problem in underground excavations that can result in rock-related accidents or closure of mines. This is often controlled by the geological condition of the rockmass and the in situ stress field where excavation is being carried out. Over the years, conventional support systems such as bolts, shotcrete and mesh have been the standard support systems used in difficult ground conditions to maintain stability of underground openings. The novel Thin Spray Liner (TSL) is a technology with an improvement in terms of support capabilities for difficult geological conditions. This technology is predicted to replace conventional support systems, as it offers a significant yielding capacity that is better than that of the traditional techniques of controlling strata. The performance of the TSL lies between that of shotcrete and wire mesh. The TSL has numerous advantages regarding rock reinforcement such as rapid curing period, fast application, high tensile strength, high adhesion properties that prevent movement of rock keyblocks, improved cycle times, reduction in material-handling compared to shotcrete, and a significant ability to penetrate joints. These advantages increase the allowance for mechanisation and improvement of safety in excavations. Despite various benefits of TSLs, there are shortcomings which make end-users to be sceptical about the technology. This study provides a detailed review of the mechanism, properties, composition and types, as well as the general and mining applications of TSLs. It also describes the challenges faced by the mining industry and other end-users in accepting the technology as a solution for stability issues in underground openings. In addition, some insightful suggestions are made as recommendations for future work on the development of suitable, effective and efficient thin surface rock support technology within limitations/constraints.

     

某水电站地下厂房围岩稳定性分析

对某水电站地下厂房采用有限元方法反演厂区初始地应力场。分别对地下厂房洞室群3个平行洞室的不同间距、洞室开挖的不同顺序以及施加锚杆和锚索后的方案与毛洞方案进行了分析比较。计算结果表明,经过适当优化后该洞室群在洞室布局、开挖顺序和支护参数等方面是安全可行的,各主要洞室群的稳定性总体较好。     

一种简单的岩体地下洞室地震安全评价方法

提出了动应力集中因子代表值的概念,以合理反映地震荷载作用下地下洞室围岩的动应力集中程度,并将动应力集中因子代表值,作为洞室地震响应的关键特征来衡量洞室地震响应的大小。应用显示有限差分法,讨论了地震动加速度幅值、洞室埋深、围岩岩体级别、衬砌混凝土厚度、衬砌混凝土强度等级与动应力集中因子代表值的相关关系。研究表明,动应力集中因子代表值与这5个因素均近似呈线性关系。在此基础上给出了有（无）衬砌支护结构两种情况的地震安全评价公式,提出了岩体地下洞室的地震安全评价方法。应用提出的评价方法,分别对唐山余震地震作用下溪洛渡水电站超大型地下洞室群的地震安全性进行了评价,所得结果与Dowding-Rozen及Sharma-Judd的评价方法结果一致。分析还表明,文中提出的岩体地下工程的地震安全评价方法的评价结果是偏于安全的。     

峡谷地区大型地下洞室群岩体初始地应力场反演分析

合理地确定地下洞室群岩体初始地应力场对于地下洞室群的总体布局、支护设计有着重要的意义。本文提出了一种依据少量实测地应力资料反演地下洞室群岩体初始地应力场的方法。这种方法假设远古地形是一无起伏的夷平面,认为岩体初始地应力场主要由处于远古地应力状态下的远古地形经过漫长的地形剥蚀形成,而远古地应力场由地质构造运动和岩体自重形成。以有限元数值分析为基本手段,提出了可以考虑构造运动、岩体自重和地形剥蚀等多因素的岩体初始地应力场反演思路。通过某水电站地下厂房区域岩体初始地应力场反演的工程实例分析,验证了这一方法的可行性和实用性。     

Geoengineering techniques used in the construction of underground openings in jointed rocks

Aoki, K. and Shiogama, Y., 1993. Geoengineering techniques used in the construction of underground openings in jointed rocks. In: M. Langer, K. Hoshino and K. Aoki (Editors), Engineering Geology in the Utilization of Underground Space.Eng. Geol., 35: 167–173.

Examples of underground openings used for pumped storage hydroelectric power stations and storage facilities for crude oil in Japan are described. In these examples the observational construction technique is important to compensate for missing data in the preliminary surveys. Some new drilling and assessment techniques that have been developed are also introduced.     

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。     

某水电站地下厂房洞室群围岩稳定分析

采用有限元方法反演某水电站地下厂房厂区初始地应力场。采用Zienkiewicz-Pande的双曲线屈服准则,对某水电站地下厂房洞室群的开挖过程进行了三维弹塑性有限元模拟。为反映锚固支护对围岩的加固作用和评价地下厂房洞室群支护参数的合理性,提出了可以考虑抗剪作用的隐式锚杆单元和可以考虑预应力效果隐式锚索单元。计算结果表明,该洞室群在洞室布局、开挖顺序和支护参数等方面是合理的,各主要洞室群的稳定性总体较好。     

不同分布距离的软弱夹层对洞室稳定性的影响研究

软弱夹层等不良结构面对地下洞室的围岩稳定与支护结构安全起着决定性的作用,本文研究了顶部分布有软弱夹层隧洞的围岩稳定性与支护结构安全性,重点研究了夹层分布距离分别为0.2B,0.5B,1.0B（B为洞跨）3种情况,总结了夹层分布距离与洞周关键点位移、围岩应力、围岩塑性区的关系,分析了不同的分布距离下喷层的受力状况,并进一步探讨了常见围岩类型(II类、III类、IV类)中不同分布距离的软弱夹层对地下洞室围岩稳定性的影响,得出了不同分布距离软弱夹层对围岩变形、应力、支护结构受力影响的一些量化成果。研究成果可望对地下洞室选线（址）、支护系统优化以及施工有借鉴意义与指导作用。