大断面互层状软岩导流洞设计方案比选与施工

巴基斯坦卡洛特水电站导流洞断面大,隧洞穿越互层状砂岩及泥岩、粉砂岩,岩石属软岩且具有遇水崩解、失水干裂的特点,安全稳定问题突出。从工程地质条件、施工风险来看,导流洞岩石为互层状软岩,洞身围岩主要以Ⅳ类为主,Ⅳ类和Ⅴ类所占比例达到80%,且岩层产状与洞轴线夹角较小,围岩自稳时间较短,开挖后易塌方。为保证开挖过程中围岩稳定时间尽可能长,有效降低围岩变形速率,保证施工期安全,最终采用了3条导流洞的布置方案。根据工程枢纽布置和坝区的地形、地质条件,对导流洞洞身3种横断面形式:城门洞形、马蹄形、圆形进行结构应力分析和技术经济比较。结果表明:圆形隧洞虽施工条件稍差,但受力最好且投资最少,最终采用圆形断面。最后,通过分层开挖、跟进支护、动态监测,卡洛特水电站工程安全顺利完成,并安全运行近2a。研究结果可为其他类似隧洞工程提供参考与借鉴。

软硬互层状岩体的室内单轴压缩试验及数值模拟

以锦屏软硬互层状岩体为研究对象,基于室内试验分析单轴应力状态下岩样的3种破坏模式并结合数值模拟方法,分别探讨层面倾角、软弱夹层数量、分布及所占体积比等因素对互层状岩体变形特性、强度特征及破坏机制的影响。研究结果表明:锦屏互层状岩体的破坏总体遵循单轴压缩破坏的多裂纹劈裂模式,且在缓层面倾角范围内岩体的破坏以岩质材料自身属性为控制,而在较大倾角水平上则以层理弱面的影响为主导因素;软弱夹层数量对于层状岩体的U形强度规律影响不显著,但随着软弱夹层数量的增加,破坏荷载极小值有向层面倾角较小方向前移的趋势;随着软弱夹层所占体积比的增加,破坏荷载总体呈现下降趋势;当软弱夹层所占体积比接近时,软弱夹层数量的增加对岩样破坏荷载下降的影响与岩层倾角大小具有正相关关系,且当岩层水平时,对强度基本不发生影响。

基于细观层次的软硬互层状复合岩体力学特性研究

以锦屏一级水利工程地下厂房区软硬互层状复合岩体为研究对象,引入基于区域生长算法的图像分割技术,获取材料内部细观非均匀性信息,建立能体现岩体真实细观结构的计算网格。采用三维有限差分软件FLAC,以弹–脆–塑性本构为基础,考虑不同层面倾角的影响,对单轴压缩应力状态下岩样破裂过程进行了细观层次的数值模拟。结果表明:随着层面倾角的改变,应力分布规律与岩体中岩质材料的细观分布密切相关;岩样的渐进破坏过程均是以拉应力破坏为起点,并终止于主剪切带的形成。此外,主软弱层面出现了沿层面"长轴向"及"短轴向"的2种贯通性破坏形式,并与岩样室内试验结果有相似的破裂现象。

软硬互层状岩体局部区域的细观非均匀特性研究

以锦屏工程地下厂房区典型软硬互层状岩体为研究对象,基于区域生长算法的图像分割技术表征岩体局部区域的细观结构特征,探讨获取区域生长算法中生长参数的方法;采用FLAC^(3D)差分程序,以比例关系映射方法建立与软硬互层状岩体岩样相对应的细观尺度均匀化网格模型。在此基础上,实现各组分基元力学参数满足Weibull分布的细观概率模型。并以程序内嵌的fish语言,实现考虑岩体局部细观结构及组分材料非均匀性时基元的弹–脆–塑性本构关系,建立互层状岩体局部区域细观数值模型,进而以多种数值模拟方案考察细观非均匀性对岩体力学行为的影响。结果表明,软硬互层状岩体的细观非均匀特性对其变形特性、强度特征、声发射规律及累计损伤过程影响显著。