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。

乌东德水电站右岸地下厂房随机块体特征研究

随机块体的几何特征和稳定性是水利水电工程中地下厂房支护设计的重要依据。对乌东德水电站右岸地下厂房随机块体的特征进行了深入研究。对研究区域内实测的裂隙参数进行了分组统计,确定了各组裂隙产状、迹长等参数的分布形式和大小。利用逆建模方法建立了三维裂隙网络模型,获取了各组裂隙的直径和三维密度。采用一般块体方法对地下厂房进行随机块体的识别和稳定性分析,利用GeneralBlock软件进行了10次随机实现,对10次计算结果进行了统计分析和讨论。研究结果表明,结构面与开挖面形成的随机块体集中在地下厂房的顶拱部位,10次随机实现中,地下厂房全长范围内平均每次形成的随机块体为414个;随机块体的平均体积为2.9 m3,最大块体的体积达152.0 m3;可移动块体中,大部分为稳定块体,不稳定块体均以坠落形式破坏;构成可移动块体的结构面多为3～4条,最多可达12条,其中倾W向的中等倾角裂隙是构成块体并可能造成块体失稳的最危险结构面;随机块体的平均深度为1.2 m,最大深度为8.8 m。建议支护锚杆应尽量穿透倾W向中等倾角的长大裂隙,且锚杆支护长度大于8.8 m。

考虑围岩开挖扰动裂化的定位块体稳定性分析

节理、裂隙、断层等结构面与开挖面形成的块体稳定性一直是大型地下厂房施工安全的核心问题。施工中由于围岩的开挖扰动形成不同深度的“裂化面”对地下厂房关键块体的形成和稳定具有显著的影响。在对围岩开挖扰动分区裂化现象进行概化的基础上,将“裂化面”等效为平行于开挖面的结构面,采用一般块体分析理论,对某抽水蓄能电站施工过程中出现的围岩衬砌开裂和块体塌落开展定位块体稳定性分析。研究结果表明:考虑“裂化面”的块体多以棱台状出现;围岩开挖扰动裂化深度较浅时形成的定位块体易出现塌落,当裂化深度增加时,考虑“裂化面”相对于不考虑“裂化面”形成的定位块体的体积有明显增加,这些大体积的块体若发生小的滑移变形极易导致围岩衬砌开裂。

采场内结构体解算及其稳定性计算

采场内结构体的存在对矿块安全回采影响较大,开展其解算方法与稳定性计算方法研究具有重要意义。应用一般块体理论,以采场四周的开拓巷道结构面调查数据为基础,运用GeneralBlock程序初步解算出采场内结构体,分析结构体的真实性,制定真实性分级表。结合3DMine软件,用定义包裹长方体的方法准确刻划结构体的位置,建立简单材料力学模型,计算出固定结构体的最小固定面面积。对于解算出的结构体,在块体可移动性定理和稳定性原理的基础上,运用材料力学、集合等方法,分析矿块回采过程中结构体可移动性,计算结构体稳定性系数。研究成果成功解算出采场内结构体并进行了稳定性分析,对于裂隙岩体加固与采矿工艺优化具有较好的指导意义。

裂隙岩体巷道围岩最大可动区域解算研究

开展裂隙岩体巷道围岩最大可动区域解算研究,对于巷道安全开挖及长期使用具有重要意义。基于关键块体理论矢量运算求解方法,结合一般块体理论可限定结构面半径的独特优势,解决代表性结构面组选择问题,简化块体可动区域求解过程,形成一种快速准确确定裂隙岩体巷道围岩最大可动区域的研究方法。以广西铜坑矿92号矿体405m水平2~#盘区3~#裂隙凿岩道结构面数据为基础,利用所研发技术,开展复杂裂隙环境下巷道围岩最大可动区域解算研究的实例验证,计算结果表明:3~#凿岩道关键块体主要集中于拱形巷道断面左侧,开挖过程需重点进行左侧部位的支护,以保持围岩稳定。研究成果对于地下矿山裂隙岩体巷道围岩危险区域确定工作具有重要指导作用。