地下工程岩体开挖损伤区的研究现状

地下工程的开挖必然会在周围岩体中形成损伤区,了解损伤区的分布范围和演化规律对于工程的稳定性和安全运行具有重要意义。本文从概念、试验、理论、热点问题及工程应用方面回顾了开挖损伤区的研究历程,对前人的工作和成果进行了归纳总结,在此基础上认为：（1）开挖损伤区仍将是未来的热点问题之一,形成一个统一的定量化定义有助于研究的开展;（2）复杂条件下仍无法通过理论判断开挖损伤区的范围和分布,现有开挖损伤区预测方法仍然需要不断完善;（3）多场耦合条件下的开挖损伤区形成和演化机制,以及真实边界条件下的开挖响应仍需研究;（4）损伤区演化过程对于岩体力学参数的影响尚不明晰,可以利用数值模拟手段开展多尺度多层次的研究;（5）需要加强对于深部开挖损伤区及其时效变形效应的研究等。     

关于地下工程的开挖计算

用有限单元法计算地下工程在自重作用下的开挖问题时,往往会出现洞顶下沉量偏小、洞底鼓出现象被夸大的情况。在本文中,作者从这一情况出发,详细地分析了开挖计算的力学实质,揭示了产生上述问题的原因。同时提出来开挖时的卸荷效应和解脱约束效应两个概念,并在此基础上建立了计算地下工程开挖问题的新提法。最后计算了几个简单的例题,得到了令人满意的结果。     

地下工程开挖面空间效应特征研究及应用

地下工程开挖面对围岩变形具有约束作用,在该约束作用下开挖面表现出显著的空间效应。通过开展地下工程开挖面空间效应现场试验,获得了开挖面空间效应特征。根据现场试验结果,提出了描述开挖面空间效应的双曲正切函数经验公式。利用上述经验公式,开展了洞室围岩稳定性控制研究,获得了不同预警等级条件下拱顶沉降值控制标准。研究发现,对某特定断面,空间效应最显著时并非开挖面透过该断面时;地下工程围岩稳定性越差,开挖面空间约束效应越不明显;若采用常规先开挖再监测的方法,不能监测到围岩全部位移,从而影响参数反分析的准确性;利用开挖面空间效应原理可以获得地围岩稳定性位移控制标准。研究结果为深入了解地下工程空间效应和开展地下工程稳定性控制提供了借鉴和参考。     

考虑岩体开挖卸荷边坡岩体质量评价

正确评价开挖后岩体质量并对其进行分类,对研究岩石边坡开挖卸荷后的稳定性有十分重要的意义。以某水电站坝肩高边坡开挖工程为背景,运用卸荷岩体力学的理论与方法,对坝肩边坡开挖岩体进行三维有限元分析。根据边坡岩体开挖后应力应变场的动态变化情况,确定岩体开挖卸荷后质量损伤劣化程度,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用RMR法对开挖后的边坡岩体质量进行评价。结果表明,边坡岩体RMR值随开挖后卸荷量的增大基本呈线性递减趋势,进而考虑开挖卸荷影响因素,修正了RMR法中的评价参数,为以后用该法评价开挖后的岩体质量提供参考。     

超长基坑开挖的空间效应

为了研究超长基坑开挖的空间效应,对盘锦某地下商业街基坑工程开挖过程进行了数值模拟,主要对基坑工程中分段、分块开挖等问题进行了计算分析。结果表明:随着基坑开挖分段长度的增加,支护桩水平位移的最大值呈先减小后增大的趋势,基底隆起量最大值呈增大的趋势;随着基坑开挖分块长度的增加,受保护侧支护桩的水平位移呈先减小后增大的趋势。超长基坑开挖时考虑空间效应可有效地减小支护结构、周围地层的变形;在基坑分段、分块开挖过程中,要考虑未开挖土体是否具有足够的强度限制支护结构及地层的变形,使得空间效应得以发挥。     

黄河上游某坝址平硐开挖后岩体变异时间效应规律分析

工程岩体开挖后改变了原来的赋存条件与环境，沿硐壁岩体表面卸荷由于应力的重新调整，表现在波速上升的下降，即岩体性状发生变异。随着时间的增加，变异程度加大，而变异的速率却逐年下降，文章根据黄河上游某水电工程坝址平硐壁不同时间（几个同点位）弹性波速测量结果，拟合了波速年下降率Ｄ（％）与开挖一测定时间间隔Ｎ（ａ）的函数关系。并根据这种关系进行岩体波速的反算，求得了开挖时岩体的波速值，反映其本来的性状，对一     

考虑剪胀角的节理化岩体隧道开挖进尺优化研究

合理进尺的选取是影响隧道开挖施工安全和效率的关键问题之一。以杨家坪隧道现场监测数据为根据,通过ABAQUS软件开展数值试算确定了最接近实际隧道围岩的剪胀角,建立了考虑剪胀角影响的Mohr-Coulomb模型的隧道开挖数值模型,并按1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 m开挖进尺开展了计算,对开挖过程中隧道围岩的变形和力学响应规律进行了对比研究。结果显示,考虑剪胀角影响的数值模型计算结果的总体规律与实测结果一致性较好;有锚杆支护的情况下开挖进尺选择为3.0 m能较好地兼顾施工安全与效率,应注意控制距开挖面5.0 m范围内的拱顶变形。     

地下工程岩体结构面的统计与应用研究

以煤矿岩体为例, 分析了大小规模结构面的相关性, 提出了地下工程岩体结构面产状的统计方法, 阐述了多组结构面并存于-岩体时迹线间距的统计与计算方法。并用这些统计参数来确定巷道危石的最大可动区域, 选择最佳轴线方向, 为巷道的支护设计提供了科学依据。     

深基坑开挖过程及空间效应影响的数值模拟

结合工程实例,利用FLAC3D有限差分法分析软件对某双排桩深基坑的开挖和支护过程进行模拟,分析了开挖过程中土体位移场的变化规律。研究表明,支护结构和土体的空间受力性状、土与支护结构之间的相互作用以及施工开挖过程等均会对支护结构的受力状态和变形特性产生显著影响。此外,还讨论了双排桩之间土体刚度的变化对位移和沉降的影响,表明适当地增加两排桩之间土体的刚度能有效地减小基坑外侧土体的位移。     

渗流对岩体高边坡位移的影响

根据渗流场和位移场耦合机理 ,结合某大型船闸工程 ,采用有限元法进行计算分析和对比 ,结果表明船闸在开挖过程中 ,渗流作用力对开挖边坡的稳定性影响很大。并指出对高边坡进行稳定分析时 ,正确考虑渗流作用力的影响十分重要。     

低地应力区地下洞室开挖围岩剪应力静态数值模拟研究

本文以西北某市大型水利地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区洞室开挖后围岩剪应力分布与围岩变形破坏进行了数值模拟,总结出了低地应力区地下洞室开挖后围岩剪应力大小、分布规律与围岩变形破坏的关系.该项研究它将有利于进一步研究低地应力区地下洞室开挖后围岩稳定性,同时对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

重庆市浅埋地下洞室安全顶板厚度研究

本文在参考已有资料的基础上, 分析了重庆市浅埋地下洞室安全顶板厚度的影响因素。采用有限单元数值模拟法研究了地基与洞室相互作用下的破坏机制, 以及各影响因素对浅埋地下洞室安全顶板厚度的影响及相关变化规律, 并用逐步线性回归的方法得出了一个能综合考虑各影响因素的安全顶板厚度的预测模型。本文最后还分析了顶拱裂隙对安全顶板厚度的影响。     

地下洞室碎裂结构围岩稳定性二维有限元数值模拟

以西北地区某市水利地下洞室工程为例,通过分别建立的Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩的3个计算模型,对处于低地应力状态下地下洞室碎裂结构围岩,开挖后围岩变形破坏、变形破坏区分布与围岩稳定特征,采用了二维弹塑性有限元法进行了数值模拟、评价。模拟与评价结果表明:研究区洞室开挖后,洞室顶部与侧壁围岩均形成不稳定的变形破坏区,但以洞顶位置围岩所形成的破坏区最具规模,该特征与现场洞室围岩位移监测结果基本符合。该项研究所取得的成果不仅具有重要理论价值,而且对于确保研究区地下洞室工程建设的圆满进行具有实际指导意义。     

水布垭马崖高边坡岩体地下开挖三维数值模拟研究

清江水布垭水电站是清江上游拟建的一个特大型水电工程,马崖高边坡位于水布垭峡谷出口右侧,总体地质结构具上硬下软特征,电站导流洞及尾水洞将从马崖高陡边坡坡脚穿出,地下开挖主要在软岩层中。应用FINAL及ROCKY程序对水布垭马崖高陡边坡岩体地下开挖进行数值模拟,研究了边坡岩体内进行地下洞室开挖后边坡力学状态的改变及洞室岩体（含岩柱）的稳定性,基于削坡是水布垭马崖高陡边坡的重要整治措施之一,研究中进行了各种分步开挖工况下的削坡有效性定量研究,重要工况还同时进行了VI度地震作用下的动力作用分析。     

某水电站地下厂房岩体质量分级研究

根据某水电站地下厂房各勘探平硐现场统计的基础数据,采用RMR分类、Q系统法、水电系统分类法(HC法)、BQ法对地下厂区围岩岩体质量进行了分析评价,然后综合4种方法的评价结果,得到了各硐段的综合岩体质量类别,使这4种分类法相互补充、相互验证,达到综合确定围岩类别的目的,以此作为围岩稳定性分类的基础.此外,还对不同方法所得的评价结果进行了相关性分析.     

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。     

某工程大型地下厂房围岩损伤特征分析

依据现场工程岩体节理的统计分析，应用损伤力学的研究方法，计算地下厂房各个岩体结构分区的损伤张量，建立应用最大主损伤值评价工程岩体质量的分析模型并应用于实践。     

某地下厂房块体稳定性研究

影响地下硐室安全性的因素很多,不稳定块体是威胁地下硐室安全性的重要因素之一,因此在地下硐室开挖前,根据勘探平硐的资料,搜索出地下硐室围岩的不稳定块体,对于保证施工安全和完工后地下硐室的安全运营是非常必要的.文章介绍了SASW(边坡块体稳定性分析系统)程序在地下硐室中的应用,通过此方法,搜索出地下硐室围岩的潜在不稳定块体,为地下硐室的开挖和运营消除安全隐患.     

复杂开挖条件下大断面洞室围岩的变形及力学特性研究

大型地下洞室的开挖施工往往面临复杂的地质环境以及复杂的施工程序, 研究这种条件下围岩的应力和变形规律不仅有助于进一步认识岩体的力学性质, 而且可以为大型地下工程的支护设计和施工提供重要的参考, 因而具有一定的实际意义。地下洞室的变形及稳定性问题主要集中于顶拱围岩, 以向家坝水电站地下厂房为例, 采用三维离散元程序3DEC, 研究了在复杂的开挖条件下洞顶围岩的位移和应力变化规律, 将计算位移与实际监测结果进行了对比, 提出适当的支护时机是系统支护滞后于掌子面约5 ~8 m。