二滩电站坝肩厂房三维有限元分析及围岩变形观测反分析

本文首先用应力函数法对二滩电站地下厂房区的着干地应力实测点进行拟合,给出了三维连续初始应力场。然后对三个大型洞室形成的厂房群进行三维有限元分析,得出了洞群围岩中破损区、应力弱化区及高应力区的分布,并就三维分析与二维分析的结果进行了对比。可以认为,二维分析不一定比三维分析更安全,因为三维分析得出的拉破裂范围更大些。文中还提出了一个用弹性有限元分析近似推求裂隙围岩破裂范围的方法。最后介绍在该现场的一个试验洞中进行围岩变形观测及反分析的结果,该反分析较好的验证了围岩力学参数及地应力测量的结果。     

水电工程坝址区构造应力场三维数值反演

以水电工程实例为背景,在现场调查和地应力测量的基础上,采用三维数值技术对水电站坝址区小范围内构造应力场进行了反演分析,通过对三维模型施加不同量值、不同方向的边界载荷,对比分析应力拟合点处的计算主应力与实测主应力之间的差别,从而得到最合理的边界载荷的量值和方向,即为坝址区构造应力场的量值和方向。计算结果表明：水电站坝址区构造应力场σ₁方向为S50°－60°E,量值为6～7 MPa;σ₃方向为N50°－60°E,量值为3～4 MPa。反演计算得到的坝址区构造应力场方向与区域应力场方向吻合,主应力量值也在合理范围内。     

宜兴抽水蓄能电站试验洞的反分析研究

结合江苏宜兴抽水蓄能电站地下厂房试验洞量测资料的分析,研究了成层各向异性岩体中洞室工程问题的反分析方法。采用分层均质模型进行反分析计算。计算区域的各层岩层均被分别视为均质各向同性体,初始地应力假设呈线性分布。有限元分析中,对倾斜成层的岩层、软弱夹层及断层节理等分别划分了单元,据以模拟成层岩体的各向异性特征。为使计算过程简化,对离洞室较远的岩层拟按地质资料对材料特性参数赋值,反分析计算的目标未知数为初始地应力和试验洞相邻围岩的弹性模量。结果表明,与工程实践符合较好。     

考虑松动圈的卡尔曼滤波与有限元耦合反分析法及其在围岩稳定性分析中的应用

考虑洞室开挖后围岩的力学状态和岩石力学众多问题的不确定性本质,通过弹性模量折减的方法,建立了考虑松动圈的卡尔曼滤波与有限元耦合反分析法,并编写了相应算法程序。利用基于文件操作的Fortran与VC++交互通信技术,一方面,为隧道施工量测管理与围岩稳定智能分析系统增加了非确定性反分析模块;另一方面,也使反分析能够利用该系统的图形模块进行前后处理,使该方法的工程应用更加简单,为该法的应用推广创造了很好的条件。用反分析法求出围岩初始参数后,通过有限元正分析可求出全域最大剪应变,并与试验和理论推演获得的临界剪应变相比较,进而进行围岩稳定性判定。由于该围岩稳定性分析法摒弃了一般有限元正分析在围岩初始应力场上的不合理假设,因而结果更贴切实际,更具合理性。对白云隧道YK48+737断面的现场监测数据进行了跟踪反演,获得了该断面围岩塑性区历时变化图,从而及时地了解了围岩的稳定状况,指导了设计和施工。     

二十年岩体应力现场实测研究

本文介绍了几个现场应力量测实例,并将其划分为三种类型:低强度岩体中应力;高强度岩体中应力;高应力地区岩体中应力。被测岩体包括各种各样的沉积岩、火成岩和变质岩,它们的杨氏模量介于1—105 GPa。用于应力解除的最深钻孔为90.7m。根据上述实测结果及简单分析计算,归纳出初始应力在地壳浅部分布的一般规律,论述了初始应力与岩石杨氏模量的关系及其对岩体工程的影响。     

Study of Stress Measurement In-situ in the Last Two Decades

Various typical results are introduced of in-situ stress measurements by overcoming tests during last two decades. The stress cases could be divided into three types: in-situ stress in lower strength rock; in-situ stress in higher strength rocks; in-situ stress in high stress region. The involved rock masses were variety of Sedimentary rock, Igneous rock, and Metamorphic rock with yang’s modulus from 1 to 105GPa. The deepest borehole used for stress release was 90.7 m. Some general laws of initial stress in the shallow earth crust were drawn from the above results. The relationship between initial stress and yang’s modulus of rocks and the influence of initial stresses on rock engineering are discussed.     

二滩坝址岩心裂饼现象及其断裂破坏机制

岩心裂饼是钻探过程中特有的岩石力学现象。1958年哈斯特首先报道过岩心裂饼现象,且发现岩饼的厚度与其直径的比值随初始应力的增加而减少,其后,库克则利用钻孔岩心饼化的程度评价岩体中的初始应力状态。     

Stress state of the Earth’s crust of the Kuril Islands and Kamchatka before the Simushir earthquake

The field of modern tectonic stresses was reconstructed for the Earth’s crust of the northwestern segment of the Pacific subduction zones. For this purpose, we used the method of cataclastic analysis and data on the magnitude of the stresses released at the source of the Simushir earthquake of 2006, which allowed us to determine both the orientation of the principal stress axes and the magnitude of the stresses and to estimate the effective strength of rock masses. The effective cohesion was estimated for this region of the Earth’s crust as 12 bar, and the maximum shear stresses are no higher than 300 bar. The analysis of the reconstructed stress field in the zone of the preparation of the Simushir earthquake showed that this region was almost free of domains with high stresses where brittle failure requires considerable energy inputs. The medium level of effective pressure indicates that this region is most favorable for the development of a large-scale brittle failure.     

The elasto-visco-plastic analysis for rock displacement of the foundation pit of a water power plant

SummaryThe Elasto-Visco-Plastic Analysis for Rock Displacement of the Foundation Pit of a Water Power Plant In this paper a method used in the elasto-visco-plastic analysis is proposed. It has been employed for deformation analysis of the foundation pit of a large water power plant in China.The back analysis of this rock engineering problem shows that the relief of the rock initial stresses due to excavation and the rheological properties of the weak intercalations and the rock masses as well are the main factors which caused the large deformation of the foundation pit.The results from the calculations are coincided fairly well with the data measured and observed in situ.With 16 Figures     

岩体初始地应力场分析方法研究

初始地应力场是影响岩土工程稳定性的重要因素之一,如何合理地模拟初始地应力场一直是岩体力学中的重要研究课题。以国内某大型水利水电工程构筑区域实测空间地应力资料为基础,以边界位移为控制对象,采用有限元（无界元）方法对工程区大范围内的岩体初始地应力场进行了分析和研究。尝试在实际边界上满足无穷远处位移为0的模型边界上引入了无界单元,实测点上的应力拟合结果有较明显的改善,这表明所采用的方法是切实可行和有效的。     

岩体初始应力场的遗传算法与有限元联合反演法

岩土工程问题的有限元分析一般需要考虑初始应力场。实际工程中,岩体往往为非线性。本文采用遗传算法与有限元联合反演法求解非线性岩体初始应力场,通过算例说明文中所提方法是合理的,可在工程应用中推广。     

复杂条件下大型地下洞室群的变形稳定性分析

本文结合某水电站工程建设实例,在现场地质调查和地勘资料分析的基础上,建立了能够反映工程区陡峻地貌、软弱断层和高地应力环境条件下的计算模型。以地应力实测结果为依据,采用线弹性方法反演了初始地应力场,在此基础上,通过编制程序施加应力的方法简化数值模型,采用弹塑性方法对地下厂房进行了三维模拟,分析结果表明:相邻洞室之间的围岩,尤其是主厂房与尾水调压室之间存在局部的塑性破坏,破坏部位主要在洞室腰部和顶角部位,应力集中则主要在顶角部位。本文的建模方法和分析结果,对于类似工程将具有一定的借鉴意义。     

Characteristics of the unloading process of rocks under high initial stress

The unloading process of rocks under high initial stress is complex, and verifying the mechanism of the unloading process in the field or in a laboratory is not straightforward. In this study, the unloading process of rocks under high initial stress was characterised by a mathematical physics model, which was then implemented in the finite element program LS-DYNA for analysis. In particular, the implicit and explicit methods were performed in sequence in the finite element simulation of rocks with initial stresses. In the numerical simulation, the characteristics of the dynamic unloading process of rocks were investigated for various peak initial stresses, initial stress release paths and initial stress release rates (ISRRs). The numerical results indicated that the rock failure could be induced by the release of the initial stress; furthermore, there is a relationship between the magnitude of the unloading failure and the peak initial stresses, the initial stress release paths and the ISRRs. When the initial stresses were at the same level, the equivalent initial stress release rate (EISRR) was introduced to quantitatively describe the characteristics of the unloading process. Using the numerical results, the unloading failure process was characterised, and a method for the static stress initialisation-dynamic unloading of rock was developed.     

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。     

松动岩体工程特性研究——以雅砻江楞古水电站松动岩体为例

为了对松动岩体的工程特性进行系统研究,以楞古水电站厂址区边坡为例,对该边坡岩体进行了详细的地质编录和物理勘探试验,重点对节理裂隙的空间发育规律、镶嵌结构和碎裂结构岩体的发育深度及空间分布、软弱结构面发育分布规律以及边坡已有变形破坏特征这四个方面进行了系统的统计和分析,认为松动岩体是区域断裂活动和浅表生改造的结果,岩体工程效应差、变形模量低;同时结合应力测试、声波测速、高密度电磁勘探等试验成果进行分析,结果显示松动岩体具低波速（波速大部分小于3 000 m/s）、低应力（最大主应力不超过20 MPa）、强透水性（透水性系数大于10 L/（min·m·m））。认为岩体破碎主要受断层及节理裂隙影响,分析了岩体破裂松动的演化过程及特征。     

基于Hock-Brown强度准则的高应力判据理论分析

如何评价工程岩体中赋存的应力状态一直是工程设计人员所要面对的基本问题之一.应力状态评价需综合考虑岩体强度和岩体中赋存的应力两个要素,其评价结果反映了地下结构围岩在二次应力场作用下满足岩体强度准则时可能的变形破坏响应.通过对前人研究成果的分析,总结出高应力作用下地下结构的基本变形破坏规律.利用Hoek-Brown强度准则...     

法向卸荷下贯通裂隙岩样压剪破坏特征研究

开展贯通裂隙岩样在法向卸荷下的压剪破坏研究,有助于更好地理解岩体裂隙在卸荷条件下的失稳特征。对单裂隙贯通岩样开展剪切应力峰前一系列法向卸荷破坏试验,分析了法向卸荷下试样裂隙的变形及能量演化规律。结果表明,法向卸荷下裂隙压剪失稳时的法向应力大于常规直剪试验的对应值,裂隙的抗剪能力减弱;剪切位移随法向应力减小而增大;卸荷变形比K随裂隙轮廓面积比Rs的增加而增大;卸荷过程中总变形能U0由减小转变为增加的现象可用于预测岩石裂隙卸荷失稳。研究结果对理解贯通裂隙岩体压剪卸荷失稳破坏具有一定参考意义。     

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。     

深部圆形隧道围岩分区破裂的简化梯度模型

分区破裂化作为深部岩体典型的非线性力学现象而备受关注。基于内变量梯度理论,得到圆形隧道围岩应力场、应变场以及位移场的封闭解析解,并与经典弹性理论结果进行比较;分析内檩长度对应力场和变形场的影响规律。由于考虑了微观结构对围岩宏观应力与变形行为的影响,内变量梯度理论得到的应力场和变形场具有显著的波动性与准周期性。结合Mohr-Coulomb破坏准则,估算圆形隧道围岩破裂区的位置及宽度。研究表明,随着初始地应力的增大,圆形隧道围岩破碎区数量增加,且破坏范围向外扩展。最后通过与模型试验结果对比,验证了梯度模型的准确性。提出的梯度模型可以为解释围岩分区破裂化提供一个有效的理论手段。      

神经网络在岩体力学参数和地应力场反演中的应用

BP神经网络已广泛地应用于岩体力学参数和初始应力场的反演分析,但在实际应用中,BP网络存在着网络训练易于过度、收敛速度慢、易陷入局部极小以及隐层节点数难于确定等缺点。采用RBF网络和改进的BP网络,利用基于有限差分格式的快速拉格朗日算法进行正分析计算,依据若干测点的正应力数据,反演了计算区域的岩体力学参数以及初始应力场。算例表明,RBF神经网络与快速拉格朗日算法相结合,在样本容量相同的情况下,反演分析的精度、网络的拓扑结构以及学习、收敛速度,均优于采用BP网络的反演算法。