大型地下洞室群开挖支护弹塑性损伤优化研究

正在设计施工的某大型水电站地下洞室群地质条件复杂,其开挖支护方案对围岩稳定性非常重要,因此,对支护方案进行优化研究非常必要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤模型和损伤演化方程,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM,具有模拟开挖与支护、计算速度快、群组功能等特点。建立大型地下洞室群三维数值模型,将通过实测地应力反演的应力作为初始地应力。采用D-FEM模拟了不同支护方案洞室群的施工过程,通过分析洞室围岩的应力、位移和破损区,支护方案2的支护效果最好,建议采用此方案。考虑岩体损伤演化后与FLAC3D塑性区相比,洞室群边墙中部的破损区显著增加,因此,程序可应用于地下工程的稳定性分析     

龙滩地下洞室群围岩稳定性分析

大型地下洞室群的开挖和支护结构与围岩的稳定性密切相关,龙滩地下洞室群是布置在陡倾角层状结构岩体的巨型地下结构。应用FLAC3D方法,研究龙滩地下洞室群在开挖和支护过程中围岩的变形特征以及支护结构的受力特点,并将位移计算结果和现场监测结果进行比较,结果表明：数值计算的结果与监测结果规律基本一致,但数值计算位移的量值比监测结果略大。由此可知,采用本计算方法模拟急倾斜岩体内开挖大型地下洞室群具有较强的可靠性。     

地下洞室开挖与支护有限元分析

介绍了数值方法在地下洞室开挖与支护稳定性分析中的应用情况,结合某地下大洞室的设计及施工方案,用有限元法对该洞的开挖与支护过程进行了有限元模拟,研究了喷锚参数设计问题,为工程设计和现场施工提供了理论指导。     

某大型地下洞室群围岩稳定性分类研究

根据地下洞室群的特点 ,选取岩体质量综合级别、块体状况、开挖位移及破坏区、岩爆烈度四因素为分类指标 ,建立了大型地下洞室群围岩稳定性分类体系。针对不同稳定性等级 ,提供了相应的开挖方式和支护处理建议。最后 ,运用该分类体系对某地下洞室群的主厂房进行了分析评价。     

某水电站地下厂房围岩稳定性分析

对某水电站地下厂房采用有限元方法反演厂区初始地应力场。分别对地下厂房洞室群3个平行洞室的不同间距、洞室开挖的不同顺序以及施加锚杆和锚索后的方案与毛洞方案进行了分析比较。计算结果表明,经过适当优化后该洞室群在洞室布局、开挖顺序和支护参数等方面是安全可行的,各主要洞室群的稳定性总体较好。     

变径洞室超前支护开挖模拟与分析

变径洞室开挖稳定性是地下工程重要的研究课题之一。尤其在围岩软弱的情况下,从小截面向大截面洞室开挖的过程中,会给施工带来很多安全方面的难题。通过有限差分数值分析方法研究了变径洞室的开挖稳定性,分析了拱部小导管超前注浆支护与非超前支护两种施工方法对工程的影响。计算结果表明,由小截面向大截面洞室开挖,不稳定性因素增加,超前小导管注浆支护能够显著提高围岩的稳定性,明显减少了洞室的变形和塑性区,避免了软弱围岩开挖中塌方现象的产生。研究成果对洞室施工具有指导意义。     

膨胀性软岩洞室支护效应三维有限元分析

基于湿度应力场理论 ,采用三维非线性有限元方法 ,有效地模拟了膨胀岩洞室开挖和支护过程中遇水膨胀现象。对多种支护方案进行分析比较表明 ,水的损伤软化作用和膨胀岩的本身膨胀性能对其洞室稳定性有重要的影响 ,并进一步了解了洞室发生膨胀的力学机制及其支护效应 ,对膨胀性围岩洞室的设计、施工具有实际指导意义。     

大型地下储油洞粘弹性稳定性分析

在大型地下岩洞中储油是世界各国石油战略储备的重要方式之一。随着我国石油进口量的不断增加,建造大型地下储油洞库无疑是一种综合经济效益良好的方案。针对大型地下水封储油岩洞库的工程特点,利用数值模拟方法对储库洞群中各洞室的开挖施工顺序进行了仿真模拟计算。通过对3种可能的施工方案所引起的地表变形、洞周关键位置的变形以及应力场和位移场的分布规律对比分析,比选出了洞群中各洞室较优的开挖先后顺序。对筛选出的较优方案进行了施工过程与粘弹性稳定性分析模拟,给出了考虑岩体流变特性时油库的变形规律特点,并对大型地下油库的强度及长期稳定性进行了分析评价,所得结论对地下储油库的开挖施工有一定的参考价值。     

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。      

基于强度折减原理的地下洞室群整体安全系数计算方法探讨

为解决大型地下洞室群的整体稳定性评价这一难题,吸收边坡强度折减有限元的优点,提出了基于强度折减技术的地下洞室群整体安全系数求解方法。该方法采用Mohr-Coulomb屈服准则,以洞室之间的等效塑性应变贯通作为洞室群整体失稳的临界判据。洞群整体安全系数计算是通过搜索折减系数F,将岩土材料的力学强度参数（黏聚力c和内摩擦角?）按F值折减代入数值计算中,使计算模型的洞室间正好出现明显的贯通性等效塑性应变来实现。拉西瓦水电站地下发电枢纽洞室群和锦屏二级水电站A、B辅助洞两个典型工程实例的整体安全系数计算表明,该方法可以便捷、客观地获得洞室群的整体安全系数,可为大型地下多洞室的稳定性评价和开挖与支护设计提供定量指标和科学依据。     

大型洞室群稳定性与优化的进化有限元方法研究

随着地下洞室群规模的日益扩大，迫切需要一种更新的全局优化方法以提高效率、优化结构在保证工程稳定性的同时能最大限度地减小工程造价。遗传算法的最新发现使得大型洞室群稳定性的最优建模和获得全局最优解成为可能。针对某地下洞室群工程，提出了进化有有限元方法，对工程软岩置换方案进行了优化。将有限元与遗传进化算法相结合，由遗传算法产生一组初始可行方案，以洞室开挖引起的破损区体积大小与参考值的增量比为评价指标，经过遗传变异操作，产生一组新的软岩置换方案，对每种方案进行应力分析，确定破损区大小，最终得到损坏区体积最小的方案即为最优软岩置换方案。这种方法可以优化得到全局最优解，并且搜索速度较快，较目前其它方法更易于在微机上实现。运用于实例中，得出了合理的置换方案，并提出了施工的合理化建议。     

大跨度岩洞稳定的综合性研究

地下洞室围岩稳定性研究是岩体力学重要的应用课题之一.由于岩体力学还是一门不很成熟的学科,还因为影响岩洞稳定的因素很多,对象复杂,目前要建立一种适合各种条件的理论和方法是很困难的.因此,在现阶段最好是把不同对象分类解决.对每类课题,抓住主要特征,做适当的简化,使之得到近似的解答.如能对工程的设计施工提出科学指导原则,也将是很有意义的. 影响岩洞稳定的主要因素有:a)地质因素(特别是岩体的地质结构特点);b)地应力因素;c)岩体基本力学性质;d)工程因素;e)地下水因素.其中特别是前面三项更为重要,本文将着重于这三方面的研究.     

COMPREHENSIVE RESEARCH ON STABILITY OF THE LARGE-SPAN CAVERN

This paper introduces comprehensive research on stability of a large –span cavern ,including a lot of in –situ tests on rock ,the measurements of initial stress field ,applications of seismic velocity method and so on .Also it introduces numerical modeling with the finite element method .Finally , some significant conclusions for selecting the site and line of the large span cavern as well as for design and construction of the support are given .     

复杂断层网络环境下地下洞室群三维地质分析与应用

断层构造是制约地下工程设计与施工的关键因素。综合考虑复杂地质构造与地下洞室群结构的耦合关系,采用三维地质建模方法建立实现了地层体、断层体与地下洞室群结构的统一模型。基于三维模型提出了断层复杂度的概念,为水利水电工程地下厂房洞室群的选址方案分析提供了一种新的手段。针对地下围岩稳定性问题,提出基于断层与断层、断层与开挖面相互切割的曲面块体识别方法,搜索地下厂房洞室群内可能的失稳区域。上述方法已成功应用在某水电工程地下厂房洞室群分析中,在设计方案优化分析中取得了良好的效果。     

盐穴储气库造腔工艺技术研究

盐穴储气库以其独特的优势在世界范围的石油工业领域中受到越来越多的重视。以一定的形状在盐层内建造一个地下储气溶腔,是一项复杂的系统工程。结合我国在盐层建设储气库的特点,围绕造腔设计的腔体目标和实施工艺,对盐穴储气库造腔工艺技术进行了全面的论述。通过对储气库腔体形成过程的分析,从造腔工艺、腔体控制与检测方法等方面,提出了造腔井型、水循环方式、溶腔步骤、两口距调节方式、形状控制方法、顶板保护工艺、密封检测、腔体稳定性等多项技术,同时推荐了造腔管柱组合方式、注水流量确定方法和保持腔体稳定的措施,对盐穴储气库造腔设计和施工有一定的指导意义。     

变形稳定理论在盐岩储气库优化设计中的应用

为解决盐岩储气库洞室形状以及库群布置的优化设计问题,将变形加固理论发展和完善为变形稳定理论,把塑性余能与强度折减系数的K-ΔE关系曲线作为储气库群的整体稳定性判据。在变形稳定理论的基础上,对不同形状和布置方式的洞室的整体稳定性进行定量评价,优化分析了洞室形状以及库群的布置方式,进而获得最具安全稳定性的洞室形状和布置方式。研究结果表明,变形稳定理论为盐岩储气库洞室形状和洞群布置方式的优化设计提供了一套实用有效的分析理论和方法。     

高速公路滑坡稳定性分析及治理优化研究

在分析溪沟口滑坡工程地质概况及形成机理的基础上,采用传递系数法和有限元法对其进行了稳定性评价。结果表明,该滑坡稳定性达不到安全标准,必须进行加固治理。考虑滑坡稳定状况,采用抗滑桩结合地表排水对滑坡进行治理。在传递系数法结合有限单元法计算结果的基础上,构造出一定数量的抗滑桩加固方案,分别计算其治理后的稳定性和工程造价,以此为进化神经网络的学习样本, 建立设计参数与稳定性及加固方案造价之间的非线性映射关系,利用遗传算法在全局范围内快速搜索出最优的设计参数,选择合理的滑坡治理方案。最后利用有限元法对滑坡体治理前后的稳定状况进行分析,对所提出的优化治理方案进行稳定性验算,结果证明优化方案能够达到滑坡治理的设计要求,治理效果明显。     

并行ENN-FEM分析力学参数对洞室群稳定性的影响

将洞室群视为一特定系统,采用并行进化神经网络有限元（ENN-FEM）方法建立该系统与岩体力学参数之间的相对应关系。采用遗传算法分析得到对围岩稳定性最不利的参数组合,对组合中任一参数可通过参数敏感度函数分析其敏感度,并由此综合评估各软岩力学参数对洞室群稳定性的影响,确定出关键岩层以给设计和施工提供指导性建议。实例计算表明该方法是合理的,且具有智能化和综合分析的优点。