裂隙化岩体中圆形断面调压井围岩稳定性分析

块体理论是适用于裂隙化岩体变形失稳分析的有效方法。运用块体理论赤平投影法研究某水电站超大型调压井围岩随机块体的稳定性,将圆形断面调压井开挖临空面抽象简化为八个方位的边墙加以研究,分析了井周各部位可能的关键块体及其运动形式,计算了关键块体的净滑力。分析结果对工程施工具有可靠的现实指导作用,为锚固设计和永久衬砌设计提供了依据,可供类似工程参考。     

某地下厂房块体稳定性研究

影响地下硐室安全性的因素很多,不稳定块体是威胁地下硐室安全性的重要因素之一,因此在地下硐室开挖前,根据勘探平硐的资料,搜索出地下硐室围岩的不稳定块体,对于保证施工安全和完工后地下硐室的安全运营是非常必要的.文章介绍了SASW(边坡块体稳定性分析系统)程序在地下硐室中的应用,通过此方法,搜索出地下硐室围岩的潜在不稳定块体,为地下硐室的开挖和运营消除安全隐患.     

块体理论赤平解析法在锦屏二级水电站皮带机隧洞稳定分析中的应用

块体理论是适用于分析节理发育破碎刚性岩体稳定性的有效方法。锦屏二级水电站皮带机隧洞岩体不连续面发育,隧洞开挖面是否产生可动块体影响着皮带机隧洞的稳定性。在对皮带机隧洞详细的地质调查和研究基础上,运用块体理论赤平解析法分析皮带机隧洞的稳定性,对各不连续面和开挖面构成的可动块体滑动形式进行判断,得出了块体的失稳形式以单面滑动为主,双面滑动和垂直掉块相对较少的结论;同时得出皮带机隧洞各部分可动块体分布的直观统计结果,即皮带机隧洞左侧墙,左、右顶拱失稳块体较多,右侧墙较少。     

边坡岩体块体稳定性分析系统的开发与研究

提出了复杂形态块体几何建模的切割法, 在此基础上, 对石根华等人提出的块体理论作了改进和完善。并基于Windows操作平台, 开发了一套实用方便、实用的边坡岩体块体稳定性分析系统。经大量的实例 (例如三峡工程船闸高边坡 )检验结果表明, 该系统可以作为对边坡中复杂形状块体稳定性进行现场快速评价的实用工具。     

某水电站地下洞室随机块体稳定性评价及系统锚固设计

地下洞室中的随机块体是指由岩体中的随机节理或者基体裂隙构成的不确定性块体 ,在已建的地下厂房中 ,这类块体大量存在 ,这类块体的稳定性会对洞室的施工安全造成较大的影响。在设计中这类块体常常是通过系统锚杆进行加固 ,但由于块体位置随机性和几何特征的不确定性 ,使得系统锚杆的长度和间距很难确定。本文以某水电站的地下洞室为研究对象 ,在深入了解地质条件、岩体结构特点的基础上 ,找出可能构成随机节理的分布规律 ,再分析节理与节理、节理和Ⅰ、Ⅱ类确定性结构面可能的组合 ,得到可能的随机块体 ,然后采用块体理论评价其稳定性 ,得到随机块体的几何特征和稳定状况 ,总结出最优的锚杆长度 ,为地下洞室的系统锚杆长度的确定提供了理论依据     

动荷载作用下隧道围岩块体稳定性分析及其应用

隧道围岩中的结构面将岩体切割成块体,块体在自然状态下的静力平衡因为隧道开挖而被打破,临空面的产生和动荷载的施加都可能导致块体的滑移,进而引起围岩失稳。以往应用块体理论寻找关键块体时,多只考虑纯重力的作用,而忽视了爆破振动、地震等动荷载对诱发失稳灾害的重要作用。将爆破振动荷载和地震荷载转化为等效静力,并通过数学计算求出使块体安全系数最低的动荷载方向,再利用关键块体理论矢量分析方法分析隧道围岩的稳定性。在长岗隧道中的应用表明,考虑动荷载作用下的块体安全系数明显小于只考虑重力作用时的安全系数,原本稳定的块体也可能在动荷载作用下变成关键块体导致围岩失稳,这与长岗隧道现场记录的破坏现象相符。     

某电站地下厂房裂隙发育规律及其对围岩稳定性的影响

裂隙岩体内的洞室围岩块体稳定问题是抽水蓄能电站地下厂房建设中要解决的重要工程地质问题。为了在厂房开挖之前较准确地预测不稳定块体的发育位置,本文以某抽水蓄能电站为例,对厂房探洞内的裂隙进行统计分析,结合厂房区构造断层的发育情况,确定了裂隙发育规律;根据裂隙发育规律将厂房区岩体划分为A、B、C、D、E 5个构造分区;并利用Unwedge程序,以各分区裂隙组合为基础,确定可能形成的块体位置,评价了其稳定性状况。研究结果表明,裂隙受多期构造控制,在一定范围内具有方向性,A、E区优势裂隙与构造产状接近,B、C、D区优势裂隙与构造产状斜交;裂隙在厂房上、下游侧边墙各形成6处潜在不稳定块体,顶拱处形成10处潜在不稳定块体,右端墙处形成1处潜在不稳定块体。     

三峡工程地下厂房随机块体稳定性分析

应用块体理论、正交设计方法对三峡地下厂房围岩中裂隙可能构成的随机块体类型、几何特征与稳定进行了分析。所获结果表明：三峡地下厂房的随机块体的虽然稳定性较好,但最大埋深仍可达7~8 m,为确保围岩的稳定,系统锚杆的支护长度应大于7 m。     

一种基于块体化程度理论的裂隙岩体巷道顶板稳定性分级方法研究

岩体完整性是进行巷道顶板稳定性分级的一个重要指标,当前分级方法均是从一维角度对岩体结构进行描述,不能全面刻画出三维空间上顶板围岩的完整性。针对这一缺陷,引入裂隙岩体块体化程度理论,以块体化程度代替常规标准中表征岩体完整性的岩体质量RQD值和节理间距两项子指标,开展裂隙岩体巷道顶板稳定性分级研究,创新形成了一种适用于裂隙岩体顶板稳定性分级的BT分级方法。以块体百分比和块体体积曲线为基本依据,构建出裂隙岩体巷道顶板围岩块体化程度的解算流程;运用AHP法对稳定性影响因素权重进行了排序,制定出稳定性分级方法与标准。以铜坑矿92号矿体裂隙岩体试验区巷道顶板结构面调查数据和岩石力学参数为基础,运用传统分级方法RMR法和BT法分别对各试验区巷道顶板稳定性进行评价,对两种分级结果进行比较分析,结果表明：与传统的RMR法相比,BT法在稳定性描述、分级准确性和安全管理指导作用等方面更为优越,更能够客观真实地反映出裂隙岩体巷道顶板稳定性。研究成果可为复杂裂隙岩体条件下的巷道顶板安全分级与管理提供更为可靠的科学依据。     

三峡工程地下厂房围岩关键块体研究

本文以块体理论为基础,预测三峡工程地下厂房围岩存在4个特大型关键块体。在地下电站总体布置为主厂房线20 136方案情况下,1#块体K值仅0 24～0 35,不稳定;2#～4#块体K值为1左右,稳定性差或极限平衡状态。调整地下电站总体布置,地下厂房向下游平移20m后,1#块体K值为0 97～1 13,稳定性差或极限平衡状态,但易于工程处理;2#块体消失;3#、4#块体K值大于1 7,较稳定。作者认为在节理发育的脆性围岩体Ⅰ、Ⅱ类围岩中,应重点定位研究由不连续结构面组成的大型关键块体。一定条件下,通过调整工程布置来避开特大型不良地质体是经济可行的方法。     

大型地下厂房块体稳定性简便分析方法

块体是结构控制型岩体中常见的潜在危险源之一。利用极限平衡法及强度折减法两种方法计算了某在建特大型水电站地下厂房开挖揭露的部分块体的安全系数,并根据计算结果提出一种利用块体几何及力学参数判断其稳定性的简便图解方法,经现场监测数据验证计算结果可靠性可满足工程要求。研究表明,对同一块体而言,极限平衡法和强度折减法得到的安全系数以及对其稳定性的总体判别结果并不一致。强度折减法受软件算法及网格尺寸影响,结果偏于保守。简单块体的安全系数计算应以极限平衡法为主,而复杂形态块体的安全系数用强度折减法计算较为方便。利用垂向地应力、块体体积、最大角点深度及结构面等效强度等4个指标并结合块体稳定性判别分区图,可满足快速判断块体稳定性的需要。对于判别为不稳定的块体,应及时支护并考虑加强支护。研究成果可用于类似工程块体稳定性的快速分析。     

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。     

黄岛液化石油气地下储库主洞室岩体稳定性分析

针对液化石油气（LPG）地下储库具有高边墙、大跨度、不砌衬等特点,在开挖过程中不仅要解决好围岩稳定性问题,更要确保地下洞室群能长期安全稳定的运行。通过对库区钻孔资料与已施工的巷道地质调查结果分析,采用赤平投影法分析了黄岛LPG地下储库的主要结构面节理,断层与岩脉的产状。根据块体理论,基于块体稳定分析程序Unwedge预测了LPG主洞室潜在不稳定块体的几何尺寸及稳定性,结果表明,在洞库的拱顶只有少量不稳定块体产生,发生大型不稳定楔形体的关键地区是在J2-J3-J4节理组合的顶部和侧墙,为支护设计提供了依据。     

卸荷条件下三峡地下厂房大型联合块体稳定性的三维数值模拟分析

块体稳定性分析一般采用只考虑重力条件下的刚体极限平衡方法来进行计算,而没有考虑开挖卸荷后块体的二次应力场对块体的稳定性的影响。文中按照实际施工工序,对三峡地下电站主厂房的两大型顶拱边墙联合块体进行三维数值模拟分析。分析结果表明:块体的顶拱部分在开挖过程中垂直厂房轴线的水平方向始终为受压状态且压应力随开挖过程逐渐增大(其很难沿结构面“爬坡”失稳,因此对结构面的起伏度进行了研究,并统计确定了其在结构面强度参数中的贡献),而垂直应力在顶拱开挖结束时卸荷基本结束,变形相对较小,沿滑面向开挖区滑移;块体的边墙部分在两个方向均表现为卸荷,特别是垂直厂房轴线的水平方向卸荷明显,在其表部甚至出现拉应力区,变形以向开挖区水平变形为主,水平方向变形量为竖向变形量的7～9倍,且总变形量较顶拱部分大得多,因此块体边墙部分在失稳前并非沿块体滑面滑移,而是向开挖区水平卸荷回弹为主。基于数值模拟结果,对块体的可能失稳的变形规律和应力分布特征进行了分析,并且提出了块体稳定度的概念,从而对其稳定性作出相应的评价。     

改进的岩质凸块的超载储备极限平衡法

脱离模式是块体理论提出的有限可动块体的失稳模式之一。虽然直接塌落是地下工程中最常见的失稳现象,但是目前依然缺少适用的定量分析方法,这使得地下工程的开挖和加固设计缺乏必要的理论支撑。为此,提出了一种改进的考虑渐进破坏的岩块稳定分析方法。主要改进了3处：(1)引入超载基数和超载方向两个参数来量化描述储备荷载;(2)提出了Tan和Scal两种超载基数设定方式;(3)超载方向设定在节理锥的边界扇面上。算例验证结果表明,改进方法完全兼容现有双面滑模式的安全系数算法,实现了脱离模式的定量稳定性分析。最后,讨论了改进方法的刚度参数取值方法及其敏感性。     

Underground excavation shape optimization considering material nonlinearities

The shape of an underground opening is a major factor influencing the stability of the underground excavation. Obtaining an optimized shape is significant in civil and mining engineering applications for increasing stability and reducing costs. This paper presents an updated method for finding the optimal shape of an underground excavation using the latest bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) techniques considering material nonlinearities. Recent development in the BESO applications to underground excavation is discussed through illustrated examples. Details are given of the BESO method used to finding the optimal shape based on the global stiffness. The methodology of the stiffness based optimization techniques is described with examples of applications to underground excavation. Applications to underground void structures, such as cavern and tunnel, as well as underground solid structure such mine pillar are demonstrated. It is concluded that stiffness based optimization techniques are applicable to underground excavations and practical shape of an excavation can be generated as a result of the BESO application.     

开挖边坡随机楔体稳定分析与加锚优化方法

随机楔体的破坏是岩石开挖边坡中常见的破坏类型之一，在对组成楔体的结构而调查统计的基础上，应用随机模拟的方法，生成开挖边坡的三维裂隙网络，进一步运用随机搜索方法与块体理论，搜索出边坡面上的随机楔体，进行楔体的稳定分析，采用风险设计的理论，建立系统锚杆的优化设计方法，将研究结果应用于小湾水电站进水口开挖边坡的稳定分析与锚固优化设计中，得到了较为可信的结果。     

乌东德水电站右岸地下厂房随机块体特征研究

随机块体的几何特征和稳定性是水利水电工程中地下厂房支护设计的重要依据。对乌东德水电站右岸地下厂房随机块体的特征进行了深入研究。对研究区域内实测的裂隙参数进行了分组统计,确定了各组裂隙产状、迹长等参数的分布形式和大小。利用逆建模方法建立了三维裂隙网络模型,获取了各组裂隙的直径和三维密度。采用一般块体方法对地下厂房进行随机块体的识别和稳定性分析,利用GeneralBlock软件进行了10次随机实现,对10次计算结果进行了统计分析和讨论。研究结果表明,结构面与开挖面形成的随机块体集中在地下厂房的顶拱部位,10次随机实现中,地下厂房全长范围内平均每次形成的随机块体为414个;随机块体的平均体积为2.9 m³,最大块体的体积达152.0 m³;可移动块体中,大部分为稳定块体,不稳定块体均以坠落形式破坏;构成可移动块体的结构面多为3~4条,最多可达12条,其中倾W向的中等倾角裂隙是构成块体并可能造成块体失稳的最危险结构面;随机块体的平均深度为1.2 m,最大深度为8.8 m。建议支护锚杆应尽量穿透倾W向中等倾角的长大裂隙,且锚杆支护长度大于8.8 m。