一种基于块体化程度理论的裂隙岩体巷道顶板稳定性分级方法研究

岩体完整性是进行巷道顶板稳定性分级的一个重要指标,当前分级方法均是从一维角度对岩体结构进行描述,不能全面刻画出三维空间上顶板围岩的完整性。针对这一缺陷,引入裂隙岩体块体化程度理论,以块体化程度代替常规标准中表征岩体完整性的岩体质量RQD值和节理间距两项子指标,开展裂隙岩体巷道顶板稳定性分级研究,创新形成了一种适用于裂隙岩体顶板稳定性分级的BT分级方法。以块体百分比和块体体积曲线为基本依据,构建出裂隙岩体巷道顶板围岩块体化程度的解算流程;运用AHP法对稳定性影响因素权重进行了排序,制定出稳定性分级方法与标准。以铜坑矿92号矿体裂隙岩体试验区巷道顶板结构面调查数据和岩石力学参数为基础,运用传统分级方法RMR法和BT法分别对各试验区巷道顶板稳定性进行评价,对两种分级结果进行比较分析,结果表明：与传统的RMR法相比,BT法在稳定性描述、分级准确性和安全管理指导作用等方面更为优越,更能够客观真实地反映出裂隙岩体巷道顶板稳定性。研究成果可为复杂裂隙岩体条件下的巷道顶板安全分级与管理提供更为可靠的科学依据。     

裂隙化硬岩洞室围岩失稳分析方法

根据岩体的力学介质分类和块体理论及赤平投影,结合工程实例,推导了滑动方向的计算公式,研究了裂隙化岩体地下采空区围岩的稳定性分析方法。利用该方法分析了华北某大型地下采空区围岩的稳定性,展示了该模型的实用性。     

三峡右岸地下电站厂房围岩稳定性断裂损伤分析

三峡右岸地下电站厂房围岩断续节理发育,为了限制岩体的变形破坏,需采用锚杆（索）进行加固。如何正确估价开挖后洞室围岩节理损伤演化扩展和判断其稳定性是十分重要的。采用损伤学方法得到的加锚节理裂隙岩体的本构关系及其损伤演化方程来评价此类岩体稳定性和变形行为。     

节理岩体大型地下洞室群稳定性分析

深入研究了加锚节理面的变形特点和节理面附近锚杆的变形特点;把断裂力学与损伤力学相结合,采用应变能等效的方法,建立了加锚断续节理岩体在压剪应力作用下的本构关系;按自洽理论的方法,得到了加锚断续节理岩体在拉剪应力状态下的本构关系,并将其理论模型应用于某大型地下厂房的三维稳定性分析中。应用加锚断续节理岩体断裂损伤模型模拟锚杆的支护效应,锚杆通过与围岩的联合作用,有效地限制了围岩变形,改善了围岩的应力状态,阻止了围岩破损区的发展演化,从而提高了围岩的稳定性。将断裂损伤计算结果与一般弹塑性（FLAC3D）计算结果进行了对比分析。相比于普通的弹塑性模型,加锚断续节理岩体断裂损伤模型考虑了岩体中节理裂隙对洞室围岩稳定性的影响,以及锚杆针对节理裂隙的加固作用,能更好地反映裂隙岩体洞室围岩稳定性特征,从而验证了该模型的有效性和优越性。     

某抽水蓄能电站地下洞室围岩岩体质量特征分析

采用BQ和Q两种岩体质量分级系统对某抽水蓄能电站地下厂房围岩岩体质量进行分级,并指明了岩体质量较差部位,结果表明,该地下洞室围岩岩体质量等级以Ⅱ级、Ⅲ级为主。根据勘探平洞洞壁波速测试结果发现:Ⅱ级、Ⅲ级围岩岩体波速为4200~5300 ms-1,相应平洞岩体自稳性好,Ⅳ级、Ⅴ级围岩波速一般小于4000 ms-1,特别是Ⅴ级围岩波速一般小于2200ms-1。根据对不同分级法得到的岩体质量指标相关性分析结果表明,两种分级法得到的岩体质量指标之间呈指数关系,波速-呈线性关系。对同一工程,岩体质量评价的两种分级方法所得的分级结果不同,但是它们的分级基础是相似的,即都以地质因素为主导,因此各种分级方法之间是可以换算和对比的。     

佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房施工开挖过程的FLAC3D数值模拟

选取佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房区,采用三维快速拉格朗日法（FLAC3D）模拟施工开挖过程,研究了洞室群围岩的开挖变形形态和应力状态,分析了围岩和调压井高边坡在自重荷载作用下的开挖稳定性。通过对地下厂房洞室群区的加固处理,分析了围岩在加固后的力学特性。利用FLAC3D程序的Ubiquitous模型,引入了一组主要节理裂隙,分析了此组节理裂隙对地下洞室群围岩的开挖变形及整体稳定性的影响,并与无节理裂隙的数值模拟结果进行对比,综合评价了节理裂隙对洞室群围岩稳定性的影响。     

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.     

节理网络模拟的程序实现及其在地下洞室中的动态响应分析

随着岩体工程的日益发展,人们愈发认识到岩体裂隙发育情况对工程影响的重要性,而岩体节理裂隙网络模拟是研究该类问题的重要手段。基于节理网络模拟结果,建立岩体力学分析模型,然后开展进一步的数值计算分析,在岩体工程中具有良好的发展前景。在岩体结构统计理论的基础上,自行编制了节理岩体裂隙网络模拟分析程序,直观再现了岩体内部的节理分布情况;将程序生成的可执行数据文件与离散元软件相融合;以含节理岩体的地下洞室为例,分别计算了静力和地震荷载作用下地下洞室围岩在不同时段的应力及位移变化情况。计算方法与结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义     

基于统计岩体力学的围岩分级调整以关山隧道为例

在浅埋工程开挖的围岩分级实践中,相关规范实用性很高,预测准确。然而,在大埋深高地应力条件下进行含节理岩体的隧道开挖时,围岩物理力学参数和结构会发生强烈的改变,不但围岩质量劣化,而且各向异性显著。在开挖引起的应力场剧烈变化下,围岩中新的裂隙会产生,在高地应力下闭合的结构面会重新张开并迅速发展,影响了岩体质量和稳定性,开挖前的围岩分级结果不再适用。因此,为了客观量化描述开挖后围岩质量的劣化,统计岩体力学理论充分考虑了开挖揭露的岩体结构面各项参数,并将结构面影响下的岩体各向异性特征纳入围岩分级评估之中进行围岩分级调整。为了进一步说明,本文结合大埋深高地应力下的关山隧道开挖工程,根据现场结构面的统计结果,运用统计岩体力学理论分析开挖后隧道围岩显著的各向异性,并最终给出符合开挖后现场围岩劣化情况的围岩分级调整建议。     

含软弱夹层岩体质量评价研究

工程岩体质量评价实质就是应用工程地质类比法进行围岩稳定性评价。BQ分类作为国标,具有普适性。针对含软弱夹层岩体的力学特性,探讨了如何以BQ分类为基础,经过适当修正以建立合适的围岩质量评价体系。结合西南某大型水电站地下厂房区围岩岩体结构特征,进行了洞室围岩质量评价,其结果与RMR分类系统判别结果基本一致。     

修正水电HC法在地下厂房洞室围岩分级中的应用研究

水电HC法的岩体完整程度以完整性系数K_v为定量指标,但完整性系数K_v值的测试难度较高,不利于现场测试特别是施工阶段的频繁测定,且受测试环境及岩体风化状态的影响,测试结果的准确性难以得到保证。岩体体积节理数J_v是对节理密度的三维统计,能较好地反映节理密度,根据《工程岩体分级标准》中的间距法,可以在现场快速准确的获得。目前国内外常用的几种围岩分级方法中,其评价指标都与岩体体积节理数J_v存在密切的联系,通过引入岩体体积节理数J_v值,并结合完整性系数K_v值,综合表征岩体的完整性程度,减小完整性系数K_v值的误差给围岩分级结果带来的影响,从而获得了符合实际情况的修正水电HC围岩分级方法,并成功应用到了河南五岳抽水蓄能电站地下厂房围岩分级中。相关研究方法可以为类似工程围岩分级提供参考。     

液化石油气地下洞库围岩稳定性分析——以山东某地实际工程为例

地下储存液化石油气是各类地下工程中较复杂的一类工程。洞库围岩稳定性是工程成败的关键因素之一。洞库围岩稳定性一方面取决于洞库周边围岩应力集中的情况,另一方面取决于岩体强度和变形特征,其核心问题在于岩体完整性。可采用多参数综合分类法评价洞库围岩的稳定性,并用数值模拟分析液化石油气地下洞库拟开挖断面的应力场和位移场。定性分析及模拟验算表明:洞库围岩整体强度与抗变形能力均能满足稳定要求。     

张家湾2号隧道下伏煤矿采空区地基稳定性分析

地下煤炭资源的开采造成了采空区,采空区的稳定性对公路建设的工程设计、施工方法、公路工程质量等工作均产生直接影响,其中对隧道工程围岩稳定性和围岩级别的划分有严重影响,公路采空区的勘察与治理作为公路建设的基础环节就显得尤为重要。本文选取山西省国道307线柳林县城区段公路改线工程中张家湾2号隧道采空区勘察为典型案例,分析了开采时间、开采方式、埋藏深度、上覆岩体特征等因素对采空区地基稳定性的影响,通过定量计算评价采空区的地基稳定性,划分采空区冒落带、裂隙带的范围,为采空区治理设计提供可靠地质依据。     

围岩质量分级的模糊综合评判研究

岩体本身具有许多不确定性和随机性,围岩质量分级取决于许多因素。选择岩石单轴饱和抗压强度Re、岩体完整程度（RQD）、平均节理裂隙间距d、不连续面状态系数f、结构面方位φ以及地下水状态w六个指标,采用模糊数学方法,引入模糊数学隶属函数的概念,建立边坡岩体质量综合评判模型,并将其应用于黄河上游某电站引水隧洞围岩岩体质量评价。评判结果显示,该模型使用模糊综合评价的评价结果与现场定性判断及报告中RMR分类结果基本一致。     

白山水电站地下洞室的几个岩体稳定问题

围岩稳定性的评价是地下建筑中的一个重要课题,由于影响因素较多和地质情况的复杂,迄今尚未得到令人满意的解决。本文通过白山电站地下洞室设计和施工中所遇及的几个岩体稳定问题及其工程处理,对地下洞室围岩稳定性的分析评价提出了一些看法。文中认为,在坚硬的块状岩石中,地下洞室的围     

结构面赤平投影极点图的统计分形在岩体工程分类中的应用——以中科院国家天文台500米口径大射电望远镜(FAST)台址为例

岩体质量分类是区域稳定性评价中一个重要指标。本文通过对FAST台址区裂隙岩体结构面的统计分析,得出场地结构面极点图的分形特征。通过与规范分级方法对比分析,作出了研究区FAST台址的岩体质量分区图。得出了分形理论作为岩体结构分类的定量评价指标的可行性和可操作性。     

基于集对分析的可拓学方法在地下洞室围岩分类中的应用

针对评价洞室围岩质量3种传统方法(RMR法、Q法、HC法),结合可拓学理论,建立各自围岩质量评价的物元模型。首先采用层次分析法对各模型中的评价因素予以分级,确定各指标的权重及其与围岩级别的关联度;然后利用集对分析法对各模型在综合评价中的关联因子予以确定,形成洞室围岩质量多层次综合评价模型;最后将该模型应用于西南某大型水电站地下洞室围岩质量评价中,计算结果与现场评价结果较吻合。研究结果表明:该模型将传统评价方法进行了有机结合,最大限度降低了各方法的缺陷性,可较好地反映洞室岩体的质量等级,对洞室围岩分级具有一定指导意义。     

断裂损伤耦合模型在围岩稳定性分析中的应用

岩体的非线性变形是速率相关的时间过程。岩体开挖后，其内部应力场的调整与其内部的节理裂隙的扩展密不可分。基于损伤力学中等效应变和有效应力的概念，建立考虑节理裂隙断裂损伤耦合的力学模型，并将其应用于山西万家寨引黄中总干线一，二级泵站地下厂房围岩稳定性分析中，计算结果表明，应用所建模可以较好地反映工程岩体的特性。     

渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究

岩体中裂隙水的存在加剧了岩体结构围岩损伤;锚杆作为岩体工程的重要支护手段,被广泛应用于岩体加固工程中。结合无损伤材料的柔度张量的概念,用裂隙附加柔度张量来表示裂隙对岩体的损伤影响;引入渗透压力附加柔度张量的概念来定义渗透压力对裂隙岩体强度的损伤影响;利用附加刚度来反映锚杆对裂隙岩体的加固作用,附加刚度求逆即得柔度张量。对渗透压力作用下锚固裂隙岩体渗流场与损伤场相互作用及耦合机制进行了深入研究;基于能量互易定理,自洽理论等,分别在压剪和拉剪应力状态下推导了渗透压力作用下加锚裂隙岩体等效损伤模型,建立了相应的计算方法,应用半解耦方法对理论模型进行了有限元程序化。在有限元程序中,将渗透体积力化为等效节点力,参与各单元间应力调整且表现为岩体变形过程中刚度的降低;锚杆锚固力等效为单元节点力,并体现为岩体整体变形刚度的提高。结合工程实际,着重讨论渗透压力作用对隧道围岩稳定性的影响。分析表明,渗透压力对岩体围岩变形破坏及稳定性的影响是不可忽略的。     

不同倾角多层节理深部岩体开挖变形破坏规律模型试验研究

深部资源开发中地下洞室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,目前深部多裂隙岩体开挖强卸荷引起的围岩变形破坏规律尚不清楚,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用大尺度三维模型相似试验系统,分析具有不同倾角的多层节理的岩体在高地应力下开挖变形破坏规律。试验结果表明：裂隙倾角较小时,隧道上、下侧围岩主要发生大变形,左、右侧围岩呈现分层破裂现象,随着裂隙倾角增大,破裂区从洞室左、右两侧逐渐扩展到洞室全周,顶部岩体越容易发生大体积滑塌;隧道围岩由内向外应力和位移值呈波动状分布;洞周塑性区范围随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角越大,洞周塑性区越容易与洞室上、下侧裂隙面连通。该研究为保障深部工程的安全修建与运营提供了试验基础。