裂隙岩体一般块体理论初步

本文在前人工作的基础上提出了一种通用方法解决任意大小裂隙、任意形状工程岩体的岩石块体识别及稳定性计算问题.在这一方法中裂隙既可以是实测裂隙也可以是通过随机模拟方法生成的随机裂隙,工程岩体可以是任意由多面体组合成的形状,如复杂边坡或地下洞室,而且岩体和裂隙面可以是非均质的.这一通用过程被称为一般块体理论.它克服了关键块体理论(或楔形体法)中存在的弱点:即把裂隙假设为无限大的不连续面,因此无法预测岩石块体的数量和位置,而且一般只能识别出简单形状的凸形体.它在块体识别的同时将复杂的块体分解为几个简单的凸形块体,从而使复杂块体的几何描述、体积及重力计算、力学分析、可视化表示等一系列问题大大简化.在对一公路边坡的裂隙进行了详细观测之后,利用本文的方法进行了块体识别和稳定性分析,对本文的研究进行初步的验证.     

层状岩体地下洞室的Cosserat理论有限元分析

采用一般有限元对互层岩体进行数值分析研究时,要求的单元数量多、建模工作量大;并且难以反映层状岩体的弯曲变形特性。针对这种岩体Cosserat介质模型是一种很有用的有限元等效模型。首先对基于平面应变问题的Cosserat介质理论及扩展模型简略介绍,然后导出了模型的Mohr-Coulomb塑性屈服条件。再利用Matlab平台编制有限元程序,并对地下洞室工程进行数值模拟。将所得结果与传统连续介质法的结果进行对比。结果表明,基于Matlab的Cosserat有限元程序的有效性及解决互层岩体这类问题的适用性与优越性。     

岩质边坡锚固力求解的块体极限平衡理论改进

发育大量节理且走向平行于边坡、倾向坡内的岩石边坡容易发生倾覆破坏.治理此类边坡使用最多且最有效的工程措施就是锚杆,或削方减缓坡角,因此,求解锚杆的合理锚固力至关重要.为此,在考虑了块体的倾覆失稳与滑动失稳时,Goodman and Bray提出了块体极限平衡理论.它是在块体理论的基础上提出来的,假设条件与块体理论一致,与块体理论相比,极限平衡理论考虑了倾覆破坏.极限平衡理论认为块体宽度t是均一的.已有研究发现,块体宽度t对锚固力的影响作用较大当宽度t很大时,块体很稳定,不需要支护;随着t的减少,锚固力渐渐增大;当t趋于0时,锚固力存在一个渐进值,在许多情况下,这个值不是无穷大.为了求得最大的锚固力,本文用积分方法对一个等效均质边坡推导了求解锚固力的一般表达式,列举了主要的步骤.该方法的基本思路如下在块体理论与块体极限平衡理论的基础上,假设块体宽度为无穷小(dx),这时整个边坡没有稳定区域(除非滑动面水平),根据边坡的两种破坏模式(即滑动破坏与倾覆破坏)把极限平衡理论的方程变为微分方程,然后从边坡后缘往前缘积分,得出求解锚固力的一般表达式.用该方法求得的锚固力为上限值,但是在坡高比块体厚度大20～30倍时,此解是比较符合实际的;当块体厚度比较大时,所需的锚固力可适当减少.这样避免了锚固力太小而造成的工程失稳现象或锚固力太大而造成的经济损失.     

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     

层状岩体地下洞室变形影响因素分析

目前水电站建设多采用地下厂房,地下洞室围岩的变形特性是设计和施工关注的关键问题之一。采用有限元程序,结合正交试验设计方法,考虑多因素共同变化的影响,研究了各因素对地下洞室变形特性的影响显著程度．对各因素对洞室特征部位变形影响的显著性分别进行了排序。分析结果表明：拱顶位移受岩层厚度和洞室埋深的影响程度最大,左边墙中点位移受洞室埋深和洞室高度的影响最大．右边墙中点位移主要受洞室埋深的影响最大;洞室最大位移多发生在左边墙中点附近,受岩层厚度、洞室埋深、洞室高度的影响都非常显著。绘出了各因素对洞室特征部位位移的影响趋势。     

层状岩体围岩变形破坏特征及稳定性评价

层状岩体是地下工程中经常遇到的一种岩体,具有明显的各向异性力学性质,其变形破坏特征与均值岩体相比表现得更为复杂。根据共和隧道地质调查和地应力量测的资料分析,隧道围岩偏压现象与地应力和岩性有极大的相关性。通过对隧道初期支护开裂段围岩位移收敛、围岩接触压力、锚杆轴向力监测和松动圈探测,其结果表明,围岩变形及应力和松动圈都在右拱肩处最大,即靠河侧大于靠山侧,与初始地应力的最大主应力方向不一致。因此,通过现场监测提前了解围岩-支护结构的变形及受力状况,及时修改了支护参数,避免了隧道垮塌等恶性事件的发生,从而有效指导了隧道施工和设计。     

地下洞室顶部软弱夹层和层状岩体的稳定性分析及参数反演

针对地下工程顶部层状砂岩中存在顺层发育软弱夹层的情况,分别对开挖后可能出现的层间滑动破坏范围、岩板的沉降、折断和临界长度进行计算,并分析其稳定性,提出了根据砂岩沉降位移评价岩体强度参数的思路和方法。     

层状岩体地下洞室破坏模式数值模型及验证

基于层面法向局部坐标系中的横观各向同性弹性本构模型,根据层面产状方位角,推导出整体坐标系中弹性应力的转换方法。针对层状岩体的各向异性特征,将岩体的破坏模式细分为5种,分别对每一种破坏模式建立各自的判别函数和屈服准则,根据塑性流动正交法则推导出相应的应力修正迭代计算方法。通过单轴、三轴压缩数值试验,对层状岩体的强度和变形性质进行研究,分析层面倾角和围压对层状岩体力学行为的影响。将所建模型与FLAC3D自带的横观各向同性弹性模型以及遍布节理模型进行对比,验证模型的正确性及精度。同时,将模型应用于三向等压理想圆形隧洞的开挖计算中,分析层状岩体破坏方式受层面方位角影响的变化规律,分析结果表明层面对围岩破坏模式和塑性区扩展方向起到了控制作用。     

三峡库区危岩体锚固计算方法及应用

根据三峡库区危岩破坏的主要荷载组合，运用极限平衡理论及岩体结构理论分别针对滑塌式、倾倒式和坠落式三类危岩建立了危岩锚固计算方法，并在三峡库区危岩稳定性分析及治理工程中进行了应用。     

关键块体系统锚固法在加固边坡危岩中的应用

基于Goodman-Shi的块体理论和A.R.Yarahmadi Bafghi的关键块体群理论,提出确定危岩边坡关键块体和关键块体系统的几何分析法和矢量分析法,建立边坡危岩的地质模型和力学模型,分析危岩体破坏机理,针对不同变形破坏机理的关键块体系统提出合理、安全和经济的危岩边坡加固新方法--关键块体系统锚固法（KSA法）。通过建立集丹公路K49+790 m-K55+550 m段危岩边坡的地质模型和力学模型,结合其坡体及岩体结构特征,分析边坡危岩体变形破坏机理和锚固机理,提出顶部危岩清除、碎裂结构坡面喷射混凝土、块裂结构坡面挂网和块状岩体锚固的清-喷-网-锚联合锚固的系统锚固方案,加固该段危岩体。运用该法锚固方案较传统方法节省锚杆35%、SNS网32%及腰梁19%。     

水平薄层岩体中大跨度地下洞室工程地质研究

山西西龙池抽水蓄能电站地下厂房围岩为水平薄层岩层,工程竣工发电已多年,施工及运行期安全,但工程开工前,还没有在水平薄层岩体中开挖大跨度高边墙地下洞室的成功范例,鉴于此,以山西西龙池抽水蓄能电站工程为依托,从工程地质角度,对水平薄层围岩岩性特征、岩体结构特征、岩体力学特性、大跨度高边墙地下洞室围岩分类、围岩变形特征等方面进行了研究,依据研究成果,对洞室开挖支护施工、围岩变形监测等进行了分析,依据围岩变形监测成果对围岩力学参数进行了反演,验证了前期勘察成果,取得了在水平薄层状地质环境中开挖大型地下洞室的宝贵经验,进而为在水平薄层状地质体中修建大跨度、高边墙地下洞室提供了更多的技术支持,对此类不良地质条件下大型地下洞室群建设具有重要的指导意义。     

层状岩体巷道弯曲变形的有限元模拟

在缓倾斜或水平层状岩体中开挖巷道时巷道顶底板弯曲变形和破坏的问题十分突出,巷道往往因这些部位发生过大变形而率先破坏,导致结构的整体失稳。根据层状岩体的特点,分析了其弯曲变形破坏的机理和条件,利用考虑偶应力的Cosserat介质理论,基于Matlab平台编制了相应的计算程序,对水平层状岩体巷道的变形特征及影响因素进行了模拟研究,结果表明Cosserat理论对层状岩体巷道的开挖模拟是适用的,而且简便。     

层状岩体深埋长隧道锚杆支护优化设计

层状岩体是地下工程中经常遇到的一种岩体,力学性质具有明显的各向异性。选择合适的屈服准则和强度参数变化规律,结合各向异性弹性本构方程,获得横观各向同性弹塑性本构关系,利用该本构模型对共和隧道锚杆支护方案进行数值计算。首先考虑地应力、岩性的影响,从围岩的变形、破坏形式、塑性区及锚杆拉力的大小等方面改进、优化支护设计方案;其次从实际工程出发,考虑施工难度、工程造价等因素的影响,得到改进方案Ⅰ效果较理想,通过试验段现场监测确定改进方案I。本构模型对计算结果的影响很大,正确模型的计算结果可以为实际工程提供科学依据。     

地下洞室群围岩稳定的离散元计算

针对水电工程中的地下洞室群围岩稳定问题,采用三维离散元软件3DEC, 首先对围岩可能出现的破坏类型进行了分析,然后建立计算模型,对随机结构面进行了模拟,最后计算出了开挖过程中可能出现的破坏块体。使用的方法和得出的结论对类似工程具有一定的参考意义。     

An analysis of the action of dowels on the stabilization of rock blocks on underground excavation walls

Summary  Underground excavation in fractured rock masses can lead to instability of rock blocks on its perimeter. Among the stabilization measures that are often used, dowels or passive bolts play an important role. These passive reinforcement measures cannot, however, be easily considered in simplified calculation techniques based on the Limit Equilibrium Method (LEM). The analysis of such elements cannot be separated from rock-dowel interaction following the displacement of the block. A new simplified calculation procedure is presented in this paper for the analysis of the interaction between rock and dowels on walls of an underground excavation where potentially sliding rock blocks are present. The assumed interaction scheme is, however, partial in that dowel reinforcement is only activated by a small displacement, while this displacement does not induce a destressing of the rock block. Such a procedure allows a fast dimensioning of the dowels, considering the maximum stabilizing force that they are able to apply to the block without reaching a critical condition with reference to dowel failure or to its connection to the rock. Correspondence: Dr. Pierpaolo Oreste, Politecnico di Torino, DITAG, C. so Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino, Italy     

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。     

大跨度高边墙地下洞室分层间隔施工方法

结合某大垮度、高边墙地下洞室的施工实践,详细阐述了大洞室纵向预留隔层、隔层上中下同步开挖、最后清除隔层这一新的开挖方法施工全过程。通过数值模拟,对这一新的开挖方法与自上而下台阶式开挖方法引起围岩最大变形、围岩塑性破坏和锚杆轴力进行了对比分析,结果表明,新的开挖方法对围岩的扰动破坏更小。指出了采用这种新方法的适用条件。对于其他用途大跨高边墙地下洞室的施工具有一定的参考价值。     

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。