大岗山水电站地下厂房区三维地应力场反演分析

初始地应力场是地下厂房工程设计和稳定性分析的重要依据,通常工程区实测地应力点较少,必须在有限的地应力资料基础上,采用反演分析方法获得整个工程区地应力场。结合大岗山水电站地形地貌条件和地质结构特征,基于地下厂房区地应力实测资料,研究了地下厂房区地应力场分布特征;在此基础上,采用有限元数学模型多元回归方法,进行了大岗山水电站地下厂房地应力场三维反演分析研究,获得了地下厂房区域地应力分布规律和影响因素的认识。结果表明,大岗山工程区地应力场分布受构造应力、地质构造和地形地貌的综合影响,岩性对地应力影响较小,岩脉与断层影响显著;在地下厂房区最大水平主应力 、最小水平主应力 、铅直向应力 关系为 ,地应力量值中等,侧压力系数垂直厂房轴线方向为0.5～0.6,轴线方向为1.1～1.3     

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。     

大岗山水电站地下厂房区初始地应力场Nelder-Mead优化反演研究

初始地应力是大型地下洞室群设计与施工所要考虑的重要因素之一。结合大岗山水电站工程地质条件以及实测地应力资料,分析了地下厂房区初始地应力的影响因素,建立了基于侧压力系数的三维地应力反演模型,提出Nelder-Mead法与有限元联合反演法,将有限元程序作为一个单独模块嵌入到Nelder-Mead算法程序中,对建立的地质概化模型进行计算,以实测点地应力值与计算应力值建立精确罚函数误差模型,进行优化逼近分析。通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较,从而获得地下厂房区初始地应力场较为合理的分布规律,为水电站开挖模拟及长期稳定性分析提供了合理的初始条件。     

优化位移边界反演三维初始地应力场的研究

采用优化位移边界条件拟合工程区域初始地应力场,根据实测地应力资料建立针对所施加的任一边界位移模式的优化函数,不断调整位移边界模式并通过有限元数值计算,最终得到边界位移模式的最优组合和工程区域初始地应力场,从而为初始地应力场的反演分析提供一个新的途径。最后,针对三峡工程地下厂房区域给出了用该方法拟合初始地应力场的计算结果,通过地应力测点计算值和实测值的对比分析,其拟合效果较好,证实此方法是可行的。     

大型水电站厂区三维地应力场回归反演分析

岩体初始地应力场是地下洞室围岩稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一,初始地应力场是否可靠将直接影响到工程设计与施工的可靠性与安全性。结合某水电站厂区的地质条件及地应力实测资料,引入灰色控制系统理论,采用三维有限元法和采用静态的三因素灰色计算模型GM(0, 3)对厂区岩体初始应力场进行回归反演分析。计算结果表明,厂区存在较大的水平向地质构造作用,岩体的地应力由自重和构造应力叠加而成。实测点的计算应力值与实测值在量值上和方向上都较为接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得地下厂房厂区初始应力场较为合理的分布规律,为地下厂房的开挖模拟及稳定性分析提供了合理的初始应力场。     

拉西瓦水电站地下厂房三维高地应力反演分析

拉西瓦水电站厂房地处峡谷山高坡陡,河谷狭窄,区域地应力场较高,局部存在构造破碎带,同时开挖尺寸规模巨大,围岩主要为脆硬的花岗岩,对洞室稳定极为不利。为了评判开挖后围岩的稳定及支护设计的长期安全,需要对围岩的岩体力学参数和初始应力场进行反演确定。首先,利用现场初始地应力的实测值反演大范围内的岩体构造地应力场分布,然后,利用洞室分层开挖扰动下,厂房上部关键点实测位移检验并修正反分析地应力结果,得到了较为准确的三维地应力分布,为后续地下厂房开挖围岩的稳定性及支护设计和长期安全的评价与预测,提供了基础数据,有效地指导了厂房开挖施工。厂房开挖完成后的围岩位移的实际监测结果与采用反演地应力场与岩体参数得到的厂房围岩位移值的一致性表明,地应力场反演结果与实际地应力值一致。     

径向基函数神经网络在地应力场反演中的应用

初始地应力场是地下洞室设计所需的基本指标。基于江边电站引水隧洞沿线区域的地质资料,利用快速拉格朗日分析程序FLAC3D建立了该区域的数值计算模型,使用了随深度变化的侧压力系数以及应力和位移的混合边界条件,通过模拟引水隧洞沿线不同岩性的岩石、断层破碎带和蚀变带进行正分析计算。根据工程现场实测点的主应力数据,基于径向基函数（RBF）神经网络原理,反演了计算区域的岩体力学参数和初始地应力场。其计算结果与实测地应力值基本吻合,满足精度要求,说明反演结果与工程实际相符,所使用的反演方法是合理的。     

基于围岩片帮形迹的宏观地应力估计方法探讨

基于深部地下勘探隧洞围岩应力型片帮破坏是岩体初始地应力作用的最直观结果的认识,建立借助围岩片帮形迹分析工程区岩体宏观地应力的估计方法。该方法通过对比分析地应力作用下多个交叉隧洞围岩的片帮空间分布特征和烈度强弱关系,建立岩体3个初始主应力的空间大小和方向关系;采用片帮劈裂纹方位角统计获得岩体最大主应力方向;依据片帮的应力门槛值和起裂应力门槛值估算出3个主应力量值。现场实测地应力数据和多工况数值计算分析都有力地表明,借助该分析方法获得的白鹤滩右岸厂址区域三维地应力是科学、合理的,这也为深入认识工程区地应力特征提供了一条新思路     

偏压条件下大型地下厂房围岩变形稳定性分析

根据下坂地水库协力波斯电站工程建设实际,在现场调查和电站区勘探、测试资料基础上深入分析地下厂房地质条件,建立了能够反映厂区地形地貌、岩体结构和地应力状态的三维数值模型。根据地应力实测资料反演拟合初始地应力场背景值,采用三维弹塑性有限差分法模拟了在偏压条件下地下厂房、主变室开挖过程中围岩变形和稳定性状况,揭示了各开挖阶段应力的集中部位和围岩潜在破坏部位,这对于工程具有重要的指导意义。     

高地应力地下厂房预应力锚索预紧系数

为了有效控制围岩大变形,避免围岩破坏,常常对围岩变形突出的高边墙、洞室交叉口区域采用预应力锚索加固。目前,对于具有时效变形特征的高地应力、低强度应力比的地下厂房锚索预紧力相关研究尚较少报道。以锦屏一级水电站地下厂房为代表的高地应力地下厂房,在围岩开挖过程中表现出显著的时效变形特征,从而导致锚索、锚杆内力持续增加,甚至内力超出强度极限而破坏。为合理设置锚索预紧力,基于围岩时效变形特征,提出了围岩时效释放荷载计算方法,并推导了预应力锚索预紧系数计算公式。该公式可以解释不同地应力环境以及不同支护强度、不同施锚时间对锚索预紧力的影响。与锦屏一级地下厂房锚索预紧系数实际采用值对比分析可见,所提出的预紧系数公式较为合理,具有工程实践指导作用。     

水电站地下厂房结构抗震计算方法探讨

地下结构是水电站地下厂房抗震设计的关键,我国现行规范尚未对其抗震设计方法作出明确规定。结合汶川地震中映秀湾地下厂房结构震灾调查,采用拟静力法、反应谱法和时程法分别进行结构受力计算。结果表明,3种方法均能在一定程度上反应映力荷载作用下地下结构的破坏情况,为抗震设计提供理论依据。拟静力法计算结果偏安全,但其对顶拱、牛腿等局部结构计算有一定不合理之处;反应谱法能展现结构的薄弱部位,便于抗震加固,但在与围岩接触的结构分析中存在较大误差;时程法能精细反映地下结构的地震受力过程,计算结果与震害调查吻合较好,便于更为经济的工程设计。建议对安全级别高、规模大或处于高地震烈度区域的地下厂房结构采用时程法进行计算。     

白鹤滩水电站初始地应力场研究分析

金沙江下游拟建的白鹤滩水电站上接乌东德梯级,下邻溪洛渡梯级,是继三峡和溪洛渡之后又一座千万千瓦级的水电站。白鹤滩水电站采用地下式厂房,其厂房的高度和跨度分别为78.5 m和32 m。为了保证地下洞室群围岩的稳定性,需要准确掌握初始地应力场的方向和大小。依据地质构造作用和现场实测方法分析发现,白鹤滩水电站左、右岸的初始地应力场,由于受到河流侵蚀和岸坡卸荷等因素影响,两岸厂区的地应力场方向在局部产生一定的偏转,从该地区的NWW方向变为NE方向,通过数值反演方法对计算区域的边界条件进行回归,与实测值比较确定回归边界条件的合理性和准确性。     

考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用

介绍了一种考虑地下洞室片帮、钻孔剥落等岩体应力型破坏特征为信息源,通过数值模拟智能反演方法预测高应力大型地下洞室群围岩局部应力场的新思路。该方法将地下洞室群片帮、钻孔剥落等应力型破坏的位置、深度或者宽度进行定量描述,以弹性模型计算获得的常偏应力大于岩体启裂强度的范围来表示应力型破坏范围,通过分析实测地应力数据约束部分地应力数量,然后采用智能数值反演方法得到其他的地应力分量。采用该方法预测了白鹤滩水电站右岸地下厂房0+76断面附近围岩地应力场,反演获得最大主应力在34 MPa左右。通过其他部位岩体破裂的数值模拟和观测结果对比,验证了地应力场预测的合理性。     

基于原生裂隙重张试验确定围岩块体边界法向应力分布规律研究

由于地下工程处于一定水平的地应力环境中,块体边界法向应力概化的正确与否直接关系到块体的稳定性分析结果,现通过实测途径确定块体边界法向应力的研究还较少。基于大型地下厂房块体稳定性分析,通过在块体范围及邻区不同方向布置多个钻孔,首次将原生裂隙重张试验引入到块体边界法向应力的测定,对开挖后与块体主要边界产状相近的所有原生裂隙的法向应力进行了测试,成功取得了块体边界上的法向应力状态及其空间变化规律。研究结果表明：洞室开挖完成后,块体边界应力分布不均匀,但具一定规律,垂直向表现为从浅部到深部结构面的法向应力依次增大,在水平向上,随与洞室开挖面距离的增大而增大;结构面的法向应力实测值稍小于基于围岩应力的估算值,但总体一致。该成果可为确定围岩块体的边界力学状态和应力模型简化提供参考和依据。     

大型地下厂房施工期围岩变形监测成果分析

地下工程监测是工程动态设计和信息化施工的重要基础,监测成果全面、准确、及时的总结和分析上报更是其中重要的环节。乌江彭水电站地下厂房开挖尺寸大、地质条件复杂、开挖周期长、施工扰动大,为保证施工期和运行期的安全,在地下厂房区布置了大量的监测仪器,对厂房施工期围岩的变形性态与稳定性实施跟踪监测。通过监测成果分析表明：主厂房围岩总体上是稳定的,设计支护措施可以提高围岩的自稳能力,保障厂房开挖的稳定。但是受地质条件和爆破施工影响,局部围岩特别是下游边墙页岩部位岩体稳定性问题突出。     

桃子垭深埋特长隧道地应力预测及复核

深埋特长隧道工程的高地应力问题越来越受到重视,如何准确高效地确定工程区地应力状态,是目前关注的重点和难点。针对深埋特长隧道地应力状态的确定问题,我们提出了基于多源数据的初始原地应力方向综合确定和应力量值预测及复核的综合解决方案。通过勘察阶段有限钻孔的地应力测试,并结合区域多源地应力资料,可以综合确定地应力方向并利用修正的Sheorey模型预测隧道轴线地应力;针对预测结果,在隧道开挖施工过程中,进一步利用有限钻孔的水压致裂地应力测试检验预测结果并复核隧道应力状况。结果表明,桃子垭隧道水平最大主应力方向为N15°W~N40°W,实测三向应力关系为S_H≥S_v＞S_h;钻孔附近的应力预测值在区域实测应力量值变化范围内,隧道埋深最大处的水平最大、最小应力值分别达24 MPa和16 MPa;隧道施工过程中的4个钻孔应力量值复核结果显示,除了局部受到岩性变化、断裂破碎带等影响出现偏差,本文预测结果与实测应力量值基本一致。笔者发展的原地应力综合预测及复核方法,一方面可以快速有效地预测深埋特长隧道等线状工程的原地应力状态,有效降低初始勘察阶段地应力测试成本,另一方面,应力量值的复核保证了应力预测结果的可靠性,可以为隧道施工方案的及时变更及预算调整等提供有力依据和数据支撑。     

PSO-LSSVM模型在位移反分析中的应用

提出了一种基于均匀设计原理、最小二乘支持向量机(LSSVM)和粒子群优化算法(PSO)的快速位移反分析方法。该方法利用均匀设计和有限差分法获得学习样本,再用粒子群算法搜索最优的最小二乘支持向量机模型参数。并用最小二乘支持向量机回归模型建立反演参数与监测点位移值之间的非线性映射关系,最后用粒子群算法从全局空间上搜索与实测位移最吻合的反演参数。该反演模型利用了粒子群算法高效简单、均匀设计构造高质量小样本以及最小二乘支持向量机的小样本、泛化性能好的特点。将该模型应用于龙滩水电站左岸地下厂房区岩体地应力场的反演分析中,计算结果与实测的位移值和地应力值均吻合较好,说明了该模型在岩土工程快速反演分析中具有良好的应用价值。     

清江水布垭水利枢纽地下厂房围岩变形特性研究

通过在水布垭水利枢纽地下厂房中进行变形试验,研究了厂房区岩体的变形特性,采用反分析法进行粘弹性反分析,反演出地应力、弹性模量及粘性参数,并与现场试验结果进行比较,对反算值进行评价。