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。     

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。     

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。     

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。     

蒲石河抽水蓄能电站地下厂房三维初始应力场反演分析

采用三维非线性有限元反演回归分析计算方法,提出侧压力系数函数拟合方法,考虑了地质构造,地形地貌以及实测应力对初始应力场的影响。对蒲石河抽水蓄能电站地下厂房区域初始地应力场进行反演回归分析研究,实测点处附近应力分布的局部特性证明反演计算方法是合理的。     

基于正交设计的河谷地应力场数值模拟方法及应用

探讨了有关河谷岩体地应力的一些认识及地应力场模拟的方法,提出应力场的模拟需要考虑区域地应力条件及河谷发育过程两个因素的作用,及采用正交回归设计和三维有限元相结合的数值模拟方法的可行性,并将其应用于某电站地下厂房岩体三维地应力场的计算和评价。     

拉西瓦工程河谷区高地应力场反演与形成机理

拉西瓦水电工程坝址区为高山峡谷地貌,受地质构造应力、自重、地表剥蚀和河流侵蚀卸荷等多因素影响而赋存有高地应力,河谷区钻孔岩芯饼化与探洞片状剥落现象明显。由于该区地应力场及其空间分布特征与多期地质构造运动及河谷演化历史等因素密切相关,要合理确定其三维地应力分布状况与大小具有较大难度和复杂性。采用多元回归与逐步回归相结合的方法对工程区域初始地应力场进行了详细反演,在此基础上,深入研究了河谷区地应力场的空间分布特征与规律,并就其形成机理开展了多因素影响效应分析,为我国西部强烈地质作用区高地应力研究及水电工程建设提供了具有参考价值的成果和工程案例。     

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。     

初始地应力场多方程回归分析

在初始地应力场分析问题中,采用了多方程回归方法。该模型同时考虑了一组变量(包括自变量与因变量)之间的所有关系。在此基础上,采用逐步回归法进行计算,进一步提高了计算精度。由此,得到了回归效果更显著的初始地应力场。     

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。     

大岗山水电站坝区初始地应力场反演分析

针对大岗山水电站坝区V型河谷地形地貌特征,根据地应力实测资料及地质构造条件,考虑边坡浅表全风化、强风化地层以及断层破碎带对坝区初始地应力场的影响,建立了坝区初始地应力场三维回归计算分析模型。通过多元回归三维数值计算,求得地应力最优回归系数,较为准确地反演了大岗山坝区的初始地应力场。计算结果表明,大岗山坝区初始地应力场是一个在浅部以构造应力为主、在深部以自重应力为主、由构造应力和自重应力联合组成的中等偏高的地应力场,研究结果为坝区边坡开挖及长期稳定性分析提供了重要依据。     

基于侧压力系数的岩爆区初始地应力场二次反演分析

为准确获得桑珠岭隧址区初始地应力场分布规律,提出在岩爆区初始地应力场的二次反演方法。采用最小二乘法寻优准则对隧址区初始地应力场进行多元线性回归分析,利用叠加原理得到在一次反演下的初始地应力场;采用表面应力解除法测量隧道开挖后的洞壁二次应力,记录发生岩爆的部位并据此判断侧压力系数的大小,与在一次反演下相应位置的侧压力系数进行对比,如果两者都大于或者等于或者小于1,则以在一次反演下计算得到的侧压力系数为基准,以其大小不变作为约束条件对初始地应力进行修正,当采用修正后的初始地应力作为应力边界条件,计算得到隧道开挖后的洞壁二次应力与实测洞壁二次应力最接近时,以此时修正后的初始地应力和原位地应力进行回归得到在二次反演下的地应力场。结果表明：当测量原位地应力的钻孔较少且计算区域较大时,一次反演回归得到离钻孔较远位置的应力计算值与实测值存在一定的误差;二次反演在原位地应力的基础上增加实测洞壁二次应力进行修正,得到离钻孔较远位置的应力计算值与实测值吻合更好,所提出的二次反演方法可为类似工程的研究提供参考。     

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。     

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。     

深部断续节理岩体中渗流对巷道稳定性影响的数值分析

应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件F-RFPA2D,通过对高应力节理岩体中巷道的失稳破坏过程所进行的数值模拟分析,研究了深部断续节理岩体中地应力及渗流对巷道稳定性的影响。模拟结果不但直观形象地给出了巷道的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了巷道周边关键部位的位移变化情况,并与无地下水的稳定性进行了比较。结果表明,岩体中断续节理与地应力及渗流相互作用,对巷道失稳的演化起了重要作用,如巷道与节理的相对方位决定了巷道坍塌的方向;岩桥对巷道的稳定起了重要的作用;虽然渗流应力加速了巷道的失稳破坏,但没有改变高地应力对巷道的主要破坏模式。该研究对于进一步理解深部岩体中节理、地应力及渗流对巷道稳定性的影响进而采取有效的加固措施具有重要的理论和实践意义     

高盐度湖泊艾比湖风生流三维数值模拟

根据高盐度湖泊水动力特征,以西北咸水湖泊艾比湖为例,建立三维水动力数学模型。选取典型风场,分析风力作用下的高盐度湖泊风生流形成过程以及风生流水动力参数的三维空间分布特征。结果表明,艾比湖风生流形成在时间上可分为湖水流向和风向一致阶段、湖水运动方向逐渐偏离风向的过渡阶段及环流形成的稳定阶段等3个阶段。当流场达到稳定状态时,表层水体除中部存在若干小尺度环流外,大部分水域流向与风向基本一致;而湖泊中心区域底层水体流向与表层水体的流向大致相反,表现为很明显的补偿流。总体上,水平方向的流速自表层向下呈现递减的变化趋势,岸边流速大于中心流速,表现出与淡水湖泊基本相似的水动力空间分布特征。水体盐度增加对湖泊环流结构无影响。     

增量位移反分析在水电地下洞室工程中的应用

反分析是确定计算模型参数的有效方法.通常多采用量测所得全量位移进行反演计算.但地下工程中许多量测数据为增量位移,且实际施工过程可以通过建立分步开挖的有限元模型来模拟.据此,结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖,建立了模拟动态施工的有限元模型,利用某一开挖步施工前后量测值之差,采用增量位移优化反分析方法对洞室附近初始地应力场及围岩弹性模量进行了反演.计算所得增量位移与实测值符合较好,表明了这种方法的可行性.同时,根据分析结果对该方法进行了评价.