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。     

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。     

某水电站地下洞室群初始地应力场反演回归分析

采用三维弹塑性有限元法对某水电站地下洞室群三维初始地应力场进行了反演回归分析。计算结果表明,厂区初始地应力场分布规律合理,实测点处地应力计算值与实测值吻合较好,可以作为后续数值分析和地质力学模型试验的依据。     

地表剥蚀作用对地应力场反演的影响

岩体自重和剥蚀作用都是形成岩体初始应力场的重要因素。在地应力回归分析中，反演所得岩体重度往往大于实测重度。通过算例说明，地表剥蚀作用因素是导致该结果的主要原因，并分析了由此产生的一些工程应用问题。     

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。     

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。     

分析初始地应力场的位移函数法

岩体初始地应力的确定是地下洞室、边坡等岩土工程设计和施工的必要条件。笔者从实用的角度出发,提出了一种将位移函数法和有限元法相结合来模拟初始地应力场的分析方法。实例应用的结果表明:该方法能很好地模拟岩体的初始地应力场,并能为后续开挖过程的有限元分析提供一种与初始地应力场等效且方便的加荷途径,具有良好的实用性。     

初始地应力场对洞室围岩稳定性的影响

基于施工力学分析方法,考虑岩体的宏观各向同性,建立了从施工开挖到适时支护的有限元列式,给出了模拟锚杆作用的加锚岩体组合单元模型及相关计算公式。针对影响洞室围岩稳定的主要因素,提出了基于实测点地应力的多元回归反演初始地应力场的分析方法。结合工程实例,探讨了不同初始地应力场及支护时机对洞室群围岩稳定的影响。结果表明,洞室变形量值和各洞室顶拱环向压应力均随着侧压系数增大而增大,而洞周的变形随支护时机的提前而减少,尤其是各洞室拱顶沉降位移减少更为明显。     

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。     

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     

二郎山隧道围岩二次应力场特征分析

围岩二次应力场是地下工程开挖后地应力释放并重新进行调整形成的,其分布和大小与工程地质条件及施工状况有关,并且直接影响着施工安全和支护措施的优化。本文利用适于现场操作的改进型应力恢复法现场测试围岩的二次应力场,结合数值模拟研究其沿隧道轴线及横断面方向的变化,分析其与原始地应力场、围岩类别、断裂构造、浅表生改造、地下水状态及施工状况等因素的相关性,不仅为地下工程围岩二次应力场研究提供了资料,而且为隧道信息化施工及时提供了信息。      

三峡工程大型浅埋地下厂房围岩变形特征及机理研究

以三峡工程右岸浅埋地下厂房为例,基于施工期变形监测资料及数值模拟分析,结合地质和施工资料,对地下厂房围岩变形特征及其机制进行分析。围岩变形受结构面分布、自然应力场及地形条件等因素影响。由于地下电站区最大水平主应力近垂直于厂房轴线,大跨度高边墙厂房顶拱易产生向上抬起变形,而边墙以近水平向卸荷变形为主,且边墙变形明显较顶拱变形大;与边墙小角度相交的断层主要表现为卸荷张开变形,断层与开挖面之间的岩体变形集中;偏压地形的山峰一侧围岩变形普遍较大。围岩的上述变形特征表明围岩稳定性数值分析中应充分考虑其相关的地质条件,建立如实反映工程实际的地质力学模型是成功的工程实例数值分析的前提。     

陆相坳陷盆地边缘沉积区古地貌恢复:以准噶尔盆地玛湖地区三叠系百口泉组为例

常用的古地貌恢复方法侧重于利用地层厚度反映古地貌形态,而忽略沉积前由于盆地差异沉降导致地层厚度反映古地貌的不准确性。笔者以准噶尔盆地玛湖地区三叠系百口泉组沉积前古地貌恢复为例,提出一种沉积趋势校正的新方法。百口泉组沉积前为一种陆缘剥蚀区—过渡区—沉积区背景下的冲积扇—扇三角洲陆—湖相逐渐过渡的沉积体系,以地层厚度反映的古地貌形态能较好地刻画湖盆水下部分,较难合理地刻画陆上的古地貌特征。结合研究区资料情况,优选残余厚度法和地震层拉平法开展古地貌恢复工作。首先获取三叠系百口泉组地层真厚度,经过压实、古水深校正之后,对陆上部分的古地貌进行沉积趋势校正。校正后的古地貌较前人研究结果更加合理,对准噶尔陆相坳陷盆地的复杂源-汇沉积体系分析的指导更加准确。     

高地应力条件下深埋洞室围岩损伤区孕育机制

随着人类地下空间开发活动逐渐走向地球深部,高地应力已成为地下岩体工程典型的地质特征之一,并严重影响深埋洞室围岩的安全稳定。本文首先分析了我国地应力场分布规律,然后分别采用理论计算和数值模拟方法,研究了地应力准静态卸荷及瞬态卸荷条件下围岩损伤的产生机理与演化规律,最后结合加拿大URL地下实验室及锦屏二级水电站深埋引水隧洞围岩损伤检测结果,进一步探讨了高地应力条件下不同卸荷方式对围岩损伤区形成及特征的影响。研究结果表明:与地应力准静态卸荷相比,瞬态卸荷会在围岩中产生一个附加动应力,从而放大围岩径向卸载和环向加载效应,使得围岩更容易受损;随着侧压力系数的增大,瞬态卸荷和准静态卸荷诱发的围岩损伤范围均增大,并且在最小主应力方向上围岩损伤主要表现为剪切破坏,而在最大主应力方向上主要表现为拉破坏。     

金川矿区地下巷道围岩应力场特征及演化机制

金川矿区位于高地应力区，岩性坚硬但岩体较为破碎，其地下巷道围岩压力在时间上和空间上的分布具有矛盾统一的双重性特征，这种双重性特征在国内外许多同类型地下工程中均存在。从应场演化角度，对该类围岩的应力场特征及其演化机制进行了探讨，人为围岩应力的特殊时间和空间分布特征的根本原因是结构面在围岩动态演化过程中发生一系列复杂的时间相关性力学行为和力学响应。据此提出围岩结构性流变的观点，并给出其理论解，它较好地反映了该类围岩变形破坏过程中应力场的演化特征。     

考虑空间效应的地下洞室爆破开挖松动区参数场位移反分析

将地下洞室爆破开挖松动区视为一个随开挖过程演变的非均匀、非稳定三维扰动场,松动区内岩体力学参数则是一个具有时空演化特性的参数场。考虑爆破开挖扰动空间效应和岩体真实变形响应,提出了真实工作状态下开挖松动区岩体参数场辨识的位移反分析方法。基于局部监测变形空间插补得到的空间位移场,通过分析洞室爆破开挖围岩变形扰动机制,建立了开挖松动区岩体变形模量参数场数值演化模型,并进行了模型适用性和参数敏感性分析。在此基础上,以变形模量参数为例,结合围岩实测位移信息,提出了开挖松动区参数场位移反分析的动态实现过程。将该方法应用于溪洛渡地下洞室群施工期参数场反演和围岩稳定动态反馈评价及预测,结果表明,该方法合理有效,在大型地下洞群施工开挖与快速监测反馈方面具有显著的工程适用性及实用性。     

锦屏一级电站地下厂房岩锚梁载荷试验研究

详细介绍了锦屏一级水电站工程地下厂房岩锚梁试验过程、安全监测方法及结果。试验结果表明,岩锚梁锚杆应力、接缝开度、围岩变形及锚索荷载变化主要由围岩二次应力调整引起的,试验荷载引起的增量远远小于各监测物理量,岩锚梁大多数锚杆承受拉应力,C锚杆的应力增量比A、B锚杆的应力增量反应更敏感;锚杆应力增量随着埋深增加迅速减小,岩锚梁荷载试验全过程中各监测物理量变化均小于设计控制标准值。建议在围岩变形较大的条件下,岩锚梁的设计、施工应考虑围岩和岩锚梁共同作用的影响     

Influence of Water Pressure on the Stress State in Stopes with Cohesionless Backfill

The rapid increase of backfill use in underground mines requires a better understanding of the interaction between the fill material and the surrounding rock mass. This is a fairly complex issue as backfill materials are weak compared to the rock mass. This difference in the mechanical behavior induces a stress transfer along the contact area. Previous work conducted on backfilled trenches and mining stopes has shown that basic arching theory can be used to estimate earth pressures in narrow, vertical openings. In this regard, most existing solutions have been developed for dry backfills. However, in many cases, water is present in mine stopes, so its effect should be assessed. In this paper, the authors present a solution to evaluate the stress state in submerged or partially submerged backfilled stopes. The proposed analytical solution is validated against numerical modeling results.     

考虑岩体劣化的大型地下厂房围岩变形动态监测预警方法研究

针对大型地下厂房洞室开挖后围岩力学参数发生劣化的事实,以及大型地下厂房允许变形无相关规范参考的缺陷,在分析地下厂房围岩失稳机制基础之上,基于强度折减法思想,提出大型地下厂房围岩劣化折减计算方法,建立围岩变形的动态预警路线体系。该体系应用屈服接近度指标确定围岩的劣化区域,折减劣化区域内的变形模量、凝聚力及抗拉强度值,在折减计算过程中依据围岩的变形、劣化区体积、释放能量三者之一发生突变作为围岩失稳判据,获得围岩失稳的变形预警值,并与现场变形监测值对比分析,从而实现围岩稳定状况的快速判别。地下厂房实例分析表明,该方法可为洞室稳定性判断提供定量依据,较好地满足了地下工程建设需要。