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     

南水北调西线工程坝区初始地应力场反演分析

依据南水北调西线工程阿达坝区工程地质条件以及实测地应力资料,采用多元线性回归分析理论以及FLAC3D计算程序,对建立的坝区三维地质概化模型进行计算,求出最优回归系数。对比回归计算值与现场实测值发现,二者量值相当且方向上接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得坝区较为准确的初始地应力场分布规律。进一步分析结果表明,(1) 谷底应力集中现象明显,应力集中区的垂直深度达80 m,应力峰值约为15 MPa;(2) 相距仅350 m 左右的两个钻孔,其最大水平主应力方向差异较大,反映出河谷区地形地貌对岩体应力方向强烈的控制作用;(3) 坝区为中等地应力区,在浅部以构造应力为主,随着埋深的增加,自重应力场控制作用逐渐增强。研究成果可为坝址及引水隧洞轴线布置的设计与施工提供重要依据。     

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。     

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。     

ANSYS三维地应力场数值模拟方法应用研究

初始地应力场由自重应力场和构造应力场叠加而成,是深部地下工程分析必须考虑的重要因素。针对目前常用的三维地应力场数值模拟方法在维持地应力场分布规律和避免附加位移方面存在的缺陷,进行了ANSYS地应力场模拟方法的比较研究。用java语言编写了针对不同ANSYS版本的初始应力文件合并程序,提出了高版本ANSYS初始应力文件合并的EXCEL简易方法,实现了不需编写任何其他程序、对所有类型单元通用的ANSYS初始应力平衡等效节点反力法,构建了一套实用的ANSYS三维地应力场模拟方法流程。     

高陡复杂露天矿边坡地应力场分区非线性反演分析

地应力是边坡稳定性分析的重要因素。在杏山铁矿露天高陡边坡实测地应力数据的基础上,采用多元线性回归方法,在充分考虑岩体自重与构造应力影响的情况下,对5类11种边界条件工况进行了有限差分FLAC3D的模拟加载,反演得出研究区域内的地应力场。鉴于该方法只能对地应力场进行线性和全区反演,这对内部结构极其复杂、矿区内各个区域岩性和地形差异较大的金属矿山矿体显然是不够准确的。为了克服以上缺陷,采用了非线性的神经网络反演方法,并根据岩体的岩性分布和地形起伏将整个矿区划分为5个分区,通过引入侧压力系数k0实现分区域反演,从而得到整个矿区的地应力场。研究表明,在复杂地质条件下,神经网络方法反演出的初始地应力分布更加合理。     

考虑地应力分布形式的坝址区初始应力场二次反演方法

在建的乌东德水电站区域构造运动强烈,断层、褶皱及节理较为发育,加之河谷纵横、沟谷深切,导致该区域岩体地应力分布极为复杂,非线性特征显著。为准确获取坝址区初始地应力场的分布特征,通过对地应力分布形式进行优化,提出了考虑地应力张量分布特征的岩体应力场二次反演方法。首先,将地应力张量分解成自重应力、构造应力及非线性应力3个部分,同时依据坝址区地形地貌、地质构造及非均匀性岩层等因素,构建FLAC3D计算模型,利用叠加法原理对坝址区初始地应力场进行一次反演。然后,主要考虑坝址区附近小规模构造及局部开挖条件的影响,构建三维离散元（3DEC）精细模型,同时从一次反演中提取精细模型的初始地应力侧压系数和自重修正系数,并利用均匀设计法进行优化,对精细模型进行二次反演。研究结果表明：一次反演计算获得的初始应力场整体上与实际情况吻合较好,但在局部构造附近与实测值相差较大;二次反演考虑局部地质构造及开挖条件的影响,同时结合一次反演的计算成果,各测点的应力计算值与实测值基本一致;通过将大型商业软件FLAC3D和3DEC相结合来反演复杂条件下工程区初始应力场,在一定程度上实现了岩体应力场在大范围内整体连续、小范围内受局部地质构造等影响导致不连续分布的特点。该研究方法可为类似工程提供借鉴。     

山西白龙山隧道地应力场分布规律分析

根据静兴高速公路白龙山隧道实测地应力数据,充分考虑地形地貌与构造应力的影响,采取三维有限元数值模拟的方法反演整个工程区的初始地应力场分布规律,结果表明:反演计算结果与实测值吻合较好。通过分析隧道轴线方向上的初始地应力场特征,发现区内存在较高地应力场区域。     

地形及构造应力影响下初始地应力场的3D-FSM反演分析

在分析国内外初始地应力场研究现状的基础上,研究了考虑地形及构造应力影响下,基于3D-FSM间接边界元法的初始地应力场反演分析法,并开发了相应的数值计算系统.利用工程实例说明了分析步骤,并验证了该方法的适应性及精度.     

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。     

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。     

锦屏复杂结构谷坡应力场反演模拟与特征分析

在野外实际地质条件调查的基础上,分析整理前人对锦屏有关地应力场的实测数据、模拟计算成果,研究多种地应力反演模拟手段,结合此次应力场的模拟目的,对锦屏一级水电站的地应力场进行更为细致、全面地反演计算。以II1勘探剖面为研究对象,对其进行细致概化,形成具有复杂结构的概念模型。同时,对河流下切历史进行分析,根据各阶地的下切速度和发育时间,设计岸坡线和风化线的演化过程。通过分析锦屏构造特征、地应力数据及前人的研究成果,经多次试算后确定,在VI级阶地重力场模型上,同时施加12 MPa和8 MPa的均布应力在两个垂直边界上,所得到的拟合结果最佳。对比分析模拟结果与实测地应力数据后认为,谷底应力包的量值和分布范围都有着较高精度的拟合,与前人的计算成果也有着较大的相似性。分析锦屏现今河谷地应力场特征认为,左右岸应力非对称分布,左岸受倾坡外断层、黄斑岩脉影响,应力分布情况比右岸复杂,其应力分异强烈带、卸荷范围均比右岸深。     

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。     

小湾水电站坝址区三维初始地应力场反演回归分析

基于小湾水电站坝址区工程地质地形条件,研究分析了影响工程考察域初始地应力场的基本因素及其空间分布,建立了坝址区三维有限元计算模型和初始地应力场参数空间分布模型;利用大型通用有限元软件MSC.Marc和地应力实测资料,借助最小二乘法原理,以回归精度为目标函数,优化了构造挤压荷载的模拟和作用组合,实现了初始应力场空间分布模型的参数估计。计算结果表明,改进后的方法较传统方法回归精度有了较大提高,能较为合理地模拟小湾坝址区三维初始地应力场。     

水电工程坝址区构造应力场三维数值反演

以水电工程实例为背景,在现场调查和地应力测量的基础上,采用三维数值技术对水电站坝址区小范围内构造应力场进行了反演分析,通过对三维模型施加不同量值、不同方向的边界载荷,对比分析应力拟合点处的计算主应力与实测主应力之间的差别,从而得到最合理的边界载荷的量值和方向,即为坝址区构造应力场的量值和方向。计算结果表明：水电站坝址区构造应力场σ₁方向为S50°－60°E,量值为6～7 MPa;σ₃方向为N50°－60°E,量值为3～4 MPa。反演计算得到的坝址区构造应力场方向与区域应力场方向吻合,主应力量值也在合理范围内。     

白鹤滩水电站左岸边坡深部破裂成因探讨

在对白鹤滩水电站坝址区河谷地质条件、地应力分布及左岸边坡深部破裂发育特征详细分析的基础上,采用离散元数值软件UDEC以剥蚀法模拟河谷演化发育过程,分析白鹤滩水电站左岸边坡深部破裂的形成原因。模拟结果反映河谷应力场分布呈现出了典型深切河谷所具有的应力松弛、升高及原始三区以及谷底存在高地应力包的规律。同时对河谷边坡不同部位、不同阶段的应力变化规律进行了深入分析并结合现今河谷地质特征,认为该深部破裂是在河谷地层顺倾、区域高地应力、不对称V型河谷、下蚀迅速等特定条件下,在河谷演化过程中局部应力集中使岩体发生剪切屈服,并发育剪切破坏,河谷剥蚀卸荷后顺倾向错动带的出露使剪切破坏进一步发育成张性破坏的结果。