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。     

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。     

水电站地下洞室群分步开挖的非连续变形分析

利用大岗山水电站的地质勘探资料建立不同贯穿节理组合下地下洞室群的DDA模型,分析了洞室群开挖的破坏模式,并简单阐述其破坏机制。基于Monte-Carlo方法模拟节理的随机分布,结合大岗山水电站的开挖设计方案,对地下洞室群在分步开挖过程中的位移及应力演化进行研究。研究表明：洞室群开挖完成后,洞周块体的位移均指向洞内,尾调室上下游与主厂房上游的变形较大;洞周块体的大主应力均平行于洞室边界线,尾调室的应力释放比较明显,其边墙块体发生了滑移;洞室群在开挖过程中互相影响,其中主变室受主厂房和尾调室的影响比较明显。研究结果指出了洞室群开挖过程中需要关注和加固的具体部位,为工程支护措施的优化提供了依据。     

连续介质理论与块体理论在地下水封油库围岩稳定性分析中的应用:以烟台某地下水封油库为例

围岩的稳定性对地下水封油库的建造具有至关重要的影响。通过室内岩石实验(单轴试验、声发射试验和直剪试验)并结合野外地质调查与测绘的成果,获取了烟台某地下水封油库储油洞室围岩的岩体物理力学参数和优势结构面的空间分布特征;基于连续介质理论与块体理论,分别运用FLAC3D和Unwedge软件对烟台某地下水封油库围岩稳定性进行了数值仿真试验研究。研究结果表明:在只考虑两组控制性结构面而不考虑优势结构面组合关系的情况下,地下水封洞库围岩一般不会出现大范围的洞室失稳情况,整体处于稳定状态;但当考虑优势结构面组合关系时,不同的结构面组合会切割洞室围岩形成关键块体(引发局部破坏),关键块体主要位于拱顶与掌子面,其中拱顶的关键块体体积较小而掌子面处的关键块体体积较大。因此,拱顶和掌子面附近可能会出现局部块体破坏情况,施工过程中应对此给予足够的关注。     

地下岩体洞室群地震响应的加、卸载响应比分析

将加、卸载响应比理论引入地下岩体洞室群地震响应分析中。以输入的地震加速度作为加、卸载,以洞室围岩的加速度作为响应,合理地确定了加、卸载响应区段。通过有限差分程序FLAC3D建立了白鹤滩水电站13号机组剖面数值分析模型,选用汶川地震波进行动力时程计算,探讨地下岩体洞室群的地震动力稳定性,研究结果表明：在100年超越概率2%的地震作用下,白鹤滩水电站地下洞室群围岩响应比峰值范围在4.05～11.52之间;结合应力及位移分析,主厂房拱顶及层间错动带C4在尾调室上游边墙出露部位的围岩均进入了非线性变形状态,但响应比在整个时程中并没有趋于无穷大,围岩没有发生失稳破坏;错动带两侧的围岩产生了一定的相对位移,会对尾调室的边墙稳定性产生不利影响。该研究方法可应用于一般地下岩体结构的地震稳定性分析中。     

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     

大型地下洞室顶板稳定性的岩体结构控制效应

采用结构力学方法和块体稳定性分析程序UNWFDGE分析了溪洛渡水电站大型地下洞室中错动带单条发育、结构面成组发育和结构面集中发育呈碎裂岩体三种情况下的围岩稳定性,得出了错动带出露的临界稳定厚度和潜在不稳定块体的特征,为支护处理提供了重要的理论依据。     

锦屏一级水电站地下厂房系统对穿预应力锚索孔孔斜控制施工技术

锦屏一级水电站地下厂房洞室主机间、主变室、母线洞等洞室系统的边墙、蚀变岩段和较大断层采用了对穿预应力锚索加强支护。在对穿预应力锚杆的施工过程中,根据不同的地质地层段,采取严格的孔斜控制措施,并不断地改进控制方法,基本解决了对穿预应力锚索造孔孔斜控制的技术问题,满足了设计技术要求,积累了对穿预应力锚索孔斜控制施工经验。     

弯曲结构面几何条件的图解方法及其应用

分析岩体和山体稳定性的主要问题也就是确定结构面及临空面之间的相对位置关系及组合方式。坐标投影作图法是一种以正投影为基础,以分析岩石工程中结构面的几何关系及由其切割出来的块体的稳定性为目的的图解方法。对于弯曲结构面,采用“以直代曲”的原理,将其简化为有限个小平面的集合体进行分析。以蛇蟠岛国际旅游度假村清风洞室群1号洞为例,采用坐标投影作图法对弯曲结构面进行分析,来解决弯曲结构面几何条件的描述和确定问题。     

平面装药条件下洞室受力特征试验研究

通过抗爆结构模型试验,研究了洞室围岩与衬砌结构受力变形特征。介绍了模型试验原理及平面装药爆炸模型试验方法,根据试验实测结果分析了设计爆炸荷载和超载条件下毛洞与衬砌洞室的洞周应力峰值分布特点,给出了两种工况条件下洞室围岩变形特征,从拱顶-底板相对位移、洞壁应变峰值、洞壁应变随时间变化等方面进行了对比分析。试验结果表明,衬砌支护措施可有效提高洞室的抗爆能力,是提高工程抗力等级的重要技术手段     

溶蚀岩体三维随机洞体数学模型的设计

溶蚀岩体是地质体中一种特定的岩体 ,它在水流等自然因素作用下 ,生成了许多溶蚀洞体 ,本文首先对作为其载体的三维地质体进行数学描述和显示 ,然后对如何确定椭球洞体形状和大小、复杂洞体的生成、三维随机洞体的数学模型以及确定性洞体的数学描述和计算机显示进行了详尽的阐述。本文提出的溶蚀岩体三维随机洞体的数学模型为溶蚀岩体的溶蚀率和渗透特性的研究提供了可视化手段 ,能够有力地指导溶蚀岩体三维随机洞体的计算机显示的编程实践     

地下洞室边墙爆破振动传播衰减规律研究

基于桃花嘴矿区地下洞室爆破振动现场试验的实测数据,发现了地下洞室爆破开挖诱发边墙质点峰值振动速度传播衰减的特点,即爆源近区和边墙中心区域具有更大的放大效应。建立了四边简支板的动力学模型,进一步结合量纲分析法,推导出考虑边墙四边约束的地下洞室爆破边墙质点峰值振动速度预测公式。将实测数据分别代入萨道夫斯基公式和推导公式进行线性回归运算,得到萨道夫斯基公式预测值和推导公式预测值的平均误差分别为30.7%和5.1%。结果表明,该公式能较准确地反映地下洞室爆破边墙质点峰值振动速度存在的放大效应,特别可以精确预测放大效应显著区域的爆破振动峰值速度,为更好地控制边墙爆破振动损伤提供了参考价值。     

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。     

Displacement Forecasting Method in Brittle Crack Surrounding Rock Under Excavation Unloading Incorporating Opening Deformation

Splitting failure, which is recognized as a special engineering geology phenomenon, occurs continually in the brittle rock mass of caverns during underground excavation. In this paper, a splitting model of linear slippage crack groups is built with fracture mechanics, energy analysis, and crack extension theories. Considering intrinsic cracks in rock mass and change of outer stress, intrinsic cracks propagate into macroscopical splitting cracks that are approximately parallel to the side wall of caverns. The splitting criterion of cavern rock mass and the method for predicting displacement in view of splitting opening displacement are proposed. In the end, the forecasting method is applied to the Jinping-I Hydropower Station, underground caverns engineering in China, the splitting failure zone and forecasting displacement are accordant with the monitoring data. The new forecasting displacement method is proven to contribute to the construction of similar underground caverns.     

Effects on ground water caused by excavation of rock store caverns

Unlined rock caverns for oil storage are very common in Sweden. Most of them are excavated in hard rocks (compact, non-carbonate, non-volcanic rocks). The fundamental idea of underground oil storage is that the rock caverns are located below the natural ground water level. Hereby the ground water keeps the oil inside the caverns and prevents products migration.

During the excavating period the water seeping through the fractures of a cavern is pumped up to avoid flooding. This discharge causes a local drop in the ground-water level around the cavern and a cone of depression develops.

A local study of the development of such a cone of depression has been made by means of a network of observation holes around the cavern. On enlargement of an oil storage (by constructing new caverns close to the old ones), the cone of depression moves according to the progress of the new excavations. This process has been studied and described in two cases.

Underground storages in Sweden are very often closely spaced in order to use common facilities such as entrance tunnel, pumping station, housing etc. Therefore an artificial ground-water divide sometimes must be arranged between different caverns in order to prevent products migration. This paper describes how such an artificial recharge of water between some caverns is made. The control of its effectiveness is shown as well as the method for sealing off undesirable leakage.     

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。     

3D GIS支持下盐腔围岩三维计算模型的生成

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的,并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题,提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构,基于研究区域边界、DEM（digital element model,数字高程模型）和钻井数据,构建了研究区域地层三维模型;基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型,并对其进行了拓扑检查与修正;将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算,获取盐腔围岩三维模型;通过对该模型进行三维空间网格离散,得到盐腔围岩四面体网格单元,即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型,可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格,进而可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。     

Investigating the effects of lateral stress to vertical stress ratios and caverns shape on the cavern stability and sidewall displacements

Effects of lateral stress to vertical stress ratio on behavior of a cavern in various geomechanical and geometrical conditions were studied. Results indicated that the range of one to two lateral stress to vertical stress ratios was the best condition for cavern stability. The ranges causing tension and compressive failure were specified as well. Two-dimensional stability analyses were carried out by using Phase². Key point location on the cavern side wall was investigated and determined using an equation based on a large number of numerical analyses. Subsequently, in order to predict the elasto-plastic displacement and elastic displacement on a side wall key point, two equations were fitted based on various cavern cross sections considering four basic factors, i.e., rock deformation modulus, overburden depth of caverns, heights of the caverns, and the lateral stress to vertical stress ratio. The proposed equations were utilized to predict displacement at the key points of 10 projects subsequent to which the computation results were compared to in-site measuring results and back analysis results. Finally, using key point displacement as a stability factor, the effects of three different shapes of caverns including mushroom, horse shoe, and elliptical were investigated on cavern stability. The most optimum shape was elliptical in a vast range of lateral stress to vertical stress ratios; mushroom and horse shoe shapes were preferred in uniaxial stress fields concerning the rock quality.