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。     

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     

块体理论在LPG地下储库围岩稳定性分析中的应用

应用UNWEDGE软件结合青岛某LPG地下储库水幕廊道1K0+125～145段进行关键块体的搜索计算,得到4个可移动块体。其中,块体1位于廊道底部,为自稳块体;块体4、5分别位于廊道左右边墙,安全系数为1.945和3.385,基本满足自稳要求;块体8位于廊道顶部,体积和重量均较大,安全系数取为0,需采用特别支护和分析结果提出支护方案。从支护前后结果对比可以看出,块体安全系数提高幅度较大,块体8在锚杆支护和锚喷支护情况下安全系数分别为1.278和6.406,喷射混凝土对于提高块体安全系数作用明显,支护方案满足工程安全性要求。     

裂隙岩体一般块体理论初步

本文在前人工作的基础上提出了一种通用方法解决任意大小裂隙、任意形状工程岩体的岩石块体识别及稳定性计算问题。在这一方法中裂隙既可以是实测裂隙也可以是通过随机模拟方法生成的随机裂隙,工程岩体可以是任意由多面体组合成的形状,如复杂边坡或地下洞室,而且岩体和裂隙面可以是非均质的。这一通用过程被称为一般块体理论。它克服了关键块体理论(或楔形体法)中存在的弱点:即把裂隙假设为无限大的不连续面,因此无法预测岩石块体的数量和位置,而且一般只能识别出简单形状的凸形体。它在块体识别的同时将复杂的块体分解为几个简单的凸形块体,从而使复杂块体的几何描述、体积及重力计算、力学分析、可视化表示等一系列问题大大简化。在对一公路边坡的裂隙进行了详细观测之后,利用本文的方法进行了块体识别和稳定性分析,对本文的研究进行初步的验证。     

地下矿山危险块体的自动搜索及系统显现

危险块体的搜索及显现是现代地下矿山安全管理的重要内容,由于各种原因一直未能得到很好的解决。采用子系统映射全局的研究思路,以DXF兼容性格式文件的方式连通GeneralBlock和3DMine两款软件的应用,对地下矿山危险块体的自动搜索及系统显现集成技术进行了研究。以铜坑矿锌多金属矿体255 m和305 m水平的开拓巷道为工程背景,首先,将结构面调查数据输入GeneralBlock完成块体的分析计算,输出含危险块体的DXF格式文件;其次,将该文件导入3DMine软件,析出危险块体,并保存其实体文件;然后,将实体文件调入至3DMine巷道模型中,对危险块体进行精确定位;最后,对所有危险块体着以红色进行预警,从而实现开拓巷道中危险块体的系统显现。应用表明：利用所研发的集成技术,在255 m和305 m水平开拓巷道内,发现了可移动稳定块体27个,不稳定块体1个,顺利实现了地下矿山危险块体的自动搜索及系统显现。研究成果可为地下矿山的安全管理、灾害预警与裂隙加固等提供基本依据。     

层状岩体开挖洞室围岩块体稳定分析及锚固方法

由于层状岩体的稳定性受层面控制,在该类岩体中进行开挖常常导致块体的失稳,给工程建设带来巨大的危害。本文从层面与结构面组合形成的块体系统稳定性分析入手,运用改进的块体理论,进行了块体稳定分析程序的开发,对定位、半定位块体的系统稳定性分析方法进行了探讨。以西龙池抽水蓄能电站地下厂房为例,对围岩中的块体进行了系统稳定分析。通过实际开挖验证,表明了分析结果的合理性,开发的程序可供同类工程参考使用。本文所提出的方法可为地下工程施工期的超前预报、围岩的系统锚固支护设计提供重要依据。     

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。     

三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法

岩体中的裂隙分布具有随机性,且渗流主要通过裂隙面进行。运用蒙特卡罗法模拟生成岩体中的随机裂隙面,基于矢体的概念,实现了包括凹块体和多连通体在内的三维随机裂隙岩体的块体单元自动识别。假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行,建立了三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法。通过算例分析,验证了所提方法的准确性和有效性。     

锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的概率分析

锦屏二级水电站皮带机隧洞岩体不连续面发育,确定隧洞开挖面是否可能产生关键块体具有重要实际意义。在对皮带机隧洞详细的地质调查和研究基础上,把随机概率模型引入关键块体理论,分析锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的滑落概率,得出迹长和关键块体失稳的概率为反比关系,皮带机隧洞各主要结构面迹长为1~3m的概率较高,含结构面J2的关键块体相对稳定以及顶拱圈的加固将成为皮带机隧洞的支护重点等结论,为设计有效的加固方案提供了依据,具有重要的工程应用价值。     

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。     

乌东德水电站地下厂房层状岩体稳定性及变形机制

乌东德水电站右岸地下厂房洞室群密集、开挖规模大、地质条件复杂,开挖期间变形破坏问题突出。在地应力实测资料、工程地质特性、开挖过程分析的基础上,利用离散元程序对右岸地下厂房开挖过程进行数值模拟,再现不同模型的应力场、位移场演化过程,分析陡倾角层面对于主厂房变形的影响作用。同时,构建高精度微震监测系统,对开挖诱发的微震活动实时在线监测;分析微震事件聚集规律、S波及P波能量比值Es /Ep分布特征,识别和圈定潜在风险区域,揭示围岩变形机制。微震监测与数值模拟结果表明：在开挖卸荷作用下,陡倾角层面附近岩石破裂,微震事件聚集,能量释放,引起围岩变形破坏。围岩以结构面控制的应力驱动型张拉破坏为主,并伴随少量重力驱动型变形。该研究结果为乌东德水电站地下厂房的开挖和支护设计方案提供重要依据。     

砂浆锚杆加固效果的等效数值模拟方法研究

针对常规数值模拟计算无法有效地反映锚杆对围岩的加固效果的缺陷,结合岩体变形在锚杆中产生的支护压力计算公式,提出了一种简单、有效的砂浆锚杆加固等效数值模拟方法。该方法首先在有锚杆支护隧道开挖的计算结果中提取每根锚杆的最大轴力;然后根据该轴力值按锚杆支护压力公式计算其所产生的等效均布力;最后将该均布力施加到相同计算工况下无锚杆支护的围岩表面进行模拟计算。将该方法应用于锦屏二级水电站地下厂房枢纽洞室及乌东德水电站4#导流洞0+ 550 m断面的开挖与支护计算,通过与现场实测数据对比,结果表明,该方法能较好地模拟锚杆支护对围岩的加固效果,其模拟结果可为隧洞的施工与支护设计提供可靠的参考依据。     

A generalized procedure to identify three‐dimensional rock blocks around complex excavations

This paper presents a generalized procedure for the identification of rock blocks formed by finite‐sized fractures around complex excavations. It was assumed that the study domain could be partitioned into a finite number of subdomains, where each either was, or could be, approximated by a convex polyhedron, and the fractures were finite in size and disc shaped and were defined using the location of the disc center, orientation, radius, cohesion coefficient, and friction angle. These may be either deterministic fractures obtained from a field survey or random fractures generated by stochastic modeling. In addition, the rock mass could be heterogeneous; i.e. the rock matrix and individual fractures could have different parameters in different parts. The procedure included: (1) partitioning of the model domain into convex subdomains; (2) removing noncontributive fractures. A fracture was deemed contributive when it played a part in block formation; i.e. it formed at least one surface with some of the blocks; (3) decomposing the subdomains into element blocks with fractures; (4) restoring the infinite fractures to finite discs; and (5) assembling the modeling domain. Our procedure facilitates robust computational programming, and is flexible in dealing with the problem of a complex study domain and with rock heterogeneity. A computer code was developed based on the algorithm developed in this study. The algorithm and computer program were verified using an analytical method, and were used to solve the problem of block prediction around the underground powerhouse of the Three Gorges Project. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

AutoCAD三维模型在大型洞室块体稳定性评价中的应用

以某大型水电站为例,阐明了AutoCAD三维实体模型在地下洞室块体稳定性分析中的应用。首先采用AutoCAD软件建立地下洞室群与周边断裂的三维实体模型,通过沿洞室拱顶和边墙的剖切,即可获得各断裂在洞室拱顶及边墙的确定位置信息,在此基础上进行可能滑动块体的检索,进行了确定性块体稳定性评价,为设计、施工提供依据。     

某工程大型地下厂房围岩应力状态研究

以某大型水利工程拟建地下厂房为典型实例 ,应用二维非线性有限元分析方法 ,研究大跨度、高边墙地下厂房区二次应力场分布规律 ,并评价围岩的稳定性。     

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。