基于Hoek-Brown准则的地下洞室围岩稳定性分析

基于Hoek-Brown准则,针对该准则中与围岩稳定性相关联因素,如最大主应力σ1、最小主应力σ3、岩石强度指标GSI和岩石单轴抗压强度σci,对水电站大型地下洞室围岩稳定性的影响开展分析,建立相关数值计算模型和方案,分析σ1、σ3、GSI和σci影响下大型地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律。研究结果表明:根据不同σ1、σ3、GSI和σci条件下地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律,可将围岩变形和塑性区深度划分为3个阶段:基本不变阶段、缓变阶段、陡变阶段。根据洞室围岩的塑性区特征,并结合洞室变形趋势等可将围岩变形和塑性区划分为自稳域、可控域、不可控域,得到基于Hoek-Brown准则的水电站地下洞室地应力-岩体强度-围岩稳定关系。自稳域对应地下洞室围岩处于稳定或基本处于稳定状态;可控域对应围岩有一定的变形或松弛破坏,但在一定支护策略下可控制变形或维持围岩稳定;不可控域对应围岩变形或松弛破坏较为明显,在一般支护策略下无法控制围岩变形或维持围岩稳定。根据研究成果可对Hoek-Brown准则下不同地应力大小、不同岩体强度的地下洞室进行围岩稳定性综合评判,用于系统指导地下洞室群的全过程设计和建设。

基于岩石强度应力比的35~50 m跨度硬岩洞室围岩稳定性评价

为了研究35~50 m跨度的大型硬岩地下洞室围岩稳定性,分析了34例18~35 m跨度硬岩洞室的工程资料,就不同岩石强度应力比对不同跨度、不同高度下35~50 m跨度硬岩洞室围岩稳定性的影响进行数值模拟。结果表明:(1)岩石强度应力比对围岩稳定性影响的敏感度曲线可分为基本不变、缓变、陡变三个阶段,基本不变与缓变阶段的界限值为7.4~7.8,缓变与陡变阶段的界限值为4.3~4.8,随着洞室尺寸的增大,敏感度曲线界限值有所增加;(2)34例大跨度硬岩洞室的岩石强度应力比均处于基本不变或缓变阶段,敏感度曲线的三阶段划分与工程实践吻合度较高,能较好地评价硬岩洞室设计的可行性;(3)工程类比下硬岩洞室(跨度大于35 m)在岩石强度应力比大于5.0~5.7时围岩变形和塑性区深度与金沙江某硬岩洞室基本一致,具有较好的围岩稳定性。相关研究思路和成果可为大跨度硬岩洞室设计与施工提供参考。

溶蚀作用对层状灰岩平行和垂直层面力学性质影响试验研究

为研究溶蚀作用对不同层面方向灰岩轴向力学性质间的影响差异,选取平行与垂直两种层面方向的灰岩进行室内试验,开展了不同试验条件的溶蚀作用下层状灰岩单轴压缩力学试验,根据试验结果分析并量化了溶蚀作用下层状灰岩力学性质的差异与变化规律。试验结果显示,溶蚀作用对两种层面方向的灰岩在轴向应力上所造成的影响相似但有差异,垂直层面方向受到的溶蚀影响更强。分别建立了溶蚀作用下两种层面方向的灰岩力学性质变化规律的相关表达式,据此进行试验数据分析,结果表明,在不同的裂隙状态下平行与垂直层面方向的灰岩的轴向应力特性受溶蚀作用的影响存在差异。即:在一定溶蚀时间里,当裂隙处于细观状态时,两者的轴向应力降及其百分比,以及轴向应力降峰值及其百分比之间的差值范围为0,溶蚀作用对两者的影响基本相同;随着裂隙逐渐扩大,两者上述4种量值的差值范围分别为0~10 MPa、0~10%和0~40 MPa、0~15%,溶蚀作用对两者的影响开始出现差异;当形成贯通裂隙时,两者上述4种量值的差值范围分别为10~30 MPa、10%~15%和40~60 MPa、15%~20%,溶蚀作用对两者的影响差异最为显著;此后试样被破坏,溶蚀作用对两者的影响变得不明显;在一定的卸载点轴向应变下,灰岩裂隙随着溶蚀时间的增加逐渐增大,同时溶蚀效应对层状灰岩的影响逐渐减弱。研究成果为进一步研究溶蚀作用下层状灰岩力学特性的变化规律奠定了试验依据以及理论基础。

地质强度指标对白鹤滩水电站地下厂房围岩稳定性的影响研究

在工程实践中,由于地质强度指标的取值主观性较强,难以细化地质强度指标对大型地下洞室围岩稳定性的影响。为此,基于白鹤滩水电站地下厂房洞室群,在验证已有Hoek-Brown本构参数合理性的基础上,讨论不同地质强度指标取值对围岩稳定性的影响。结果表明,厂房与主变洞围岩的变形量和塑性区深度随着峰值地质强度指标的增大而减小,且各部位变化规律基本一致;地下厂房与主变洞围岩变形、塑性区深度的变化规律及趋势可分为基本不变(地质强度指标为90~80)、缓变(地质强度指标为80~50)、陡变(地质强度指标为50~40)3个阶段;厂房上游岩锚梁处的变形量始终大于其他部位,厂房下游岩锚梁附近与主变洞上游边墙中部围岩的塑性区变化较其他部位幅度大,围岩塑性区深度增加比较明显。该研究为类似其他大型地下洞室开挖提供了理论参考。