基于关键块体理论的大跨径隧道连续塌方发生机理研究

以大跨径隧道初期支护后发生的空间和时间上的连续垮塌为例,运用关键块体理论,对龙潭湾隧道连续塌方过程进行理论推衍,分析连续塌方发生机理,采用数值技术模拟关键块体失稳前后周边围岩应力应变的改变,与理论分析相互论证连续塌方发生机理,最终形成连续塌方的影响因素和连续塌落机理,以期为类似隧道施工中连续塌方灾害的防治提供参考价值。

关键块体理论在百色水利枢纽地下厂房岩体稳定性分析中的应用

介绍了关键块体理论的工程应用技术,包括不定位块体分析、定位块体分析、随机块体分析、块体形态分析与显示、块体稳定性分析及支护措施建议等。在不定位块体分析中,根据节理平均长度假定块体的最大边长,分析块体几何形态特征,进行洞室内最大块体形态分析与显示,由此确定在支护中需要针对性考虑的关键块体,再根据块体几何特征与结构面抗剪强度,分析块体稳定性及所需的锚固力;在定位块体分析中,通过调查实际结构面出露情况,分析块体的实际形态,包括凹形块体的形态,并进行稳定性分析与支护设计校核;在随机块体分析中,随机生成结构面网络并进行随机块体搜索。在这套工程分析技术研究中,发展了一些新技术,如假定块体最大边长分析块体形态、凹形块体形态分析与显示、块体稳定性分析与锚固支护建议等。

基于关键块体理论的岩体稳定性分析方法及其在三峡工程中的应用

针对三峡工程船闸边坡、地下厂房等岩石工程建设中面临的复杂岩体结构块体稳定性问题,阐述了引进岩体关键块体理论解决工程实际问题的关键技术及过程。以关键块体理论为基础,提出任意形状块体的体积计算、凹形块体几何构型以及考虑一般水压模式条件下的块体水载荷计算等一系列方法,实现了复杂岩体地质结构面切割条件下的关键块体识别及多种载荷组合下的关键块体稳定性评价,并应用于三峡船闸边坡及三峡地下厂房等多个工程部位岩体稳定性分析与支护评价。三峡船闸边坡施工期数百个块体几何构型及稳定性分析结果表明关键块体稳定性分析结论与现场实际块体出露特征和稳定状态总体相符。所提出的基于关键块体理论的岩体稳定性分析方法具有较好的针对性和实用性,可为其他工程岩体稳定性分析提供理论依据。

利用关键块体理论估计岩石隧道的塌方部位

关鍵块体理论适用于分析为节理切割的岩体中隧道的稳定问題.石根华,古德曼等已提出在隧道断面上确定块体可能移动最大范围的方法,但在实际工作中,仅知其移动最大范围是不够的,还需确定可能滑动块体的具体位置,方便于加固处理.本文即在已确定块体移动最大范围的基础上,进一步确定可能滑动块体在隧道断面上的具体位置,并用计算机绘图输出结果.

基于力传递的关键块体理论在地下洞室围岩支护中的应用研究

地下洞室的稳定性与洞室围岩中的关键块体的稳定性密切相关,未揭露前,关键块体具有随机分布的特点。搜索并计算随机块体的安全系数对洞室围岩整体稳定性评价及围岩支护方案的选择至关重要。为准确计算关键块体的安全系数,本文将关键块体理论与力传递算法相结合,拓展了传统关键块体理论,考虑内部块体间的力传递作用,应用基于力传递算法的改进的关键块体理论分析方法对块体稳定向进行分析评价。包括典型块体的空间状态分类、不同类别块体的识别、块体间力传递过程等。以泰山抽水蓄能电站岩体地下洞室为例,对比分析了力传递前后临空面处关键块体安全性能的变化,分析评价了洞室锚杆支护系统的支护效果。

渗流力和结构面水弱化作用下裂隙岩体边坡块体的稳定性

裂隙岩体渗流是影响岩体稳定性的重要因素之一。裂隙中的流体流动不仅会产生渗流力,而且会降低裂隙面的强度,致使边坡失稳、隧道塌方等事故频发。为揭示渗流作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用机理,基于关键块体理论,提出一种同时考虑渗流力和结构面水弱化作用的稳定性分析方法,其中,渗流力基于渗流理论和统一管网法计算,结构面水弱化根据经验公式确定。以某岩质边坡为例,采用该方法对边坡在渗流作用下的块体稳定性开展研究。研究结果表明,渗流力与结构面水弱化作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用方式不同,渗流力既会改变块体的抗滑力又会改变块体的滑动力,对块体稳定性的影响较为复杂,包括改变块体的稳定状态、滑移面、失稳形式;结构面水弱化只降低块体的抗滑力,进而降低块体的稳定性,不改变块体的失稳形式。此外,对于裂隙边坡工程,通常存在一个最危险渗流压力值。

节理岩体关键块体稳定的概率分析

基于地下岩体受节理面的控制,节理面的几何和力学参数随机分布,从而导致岩体系统具有高度不确定性,提出以关键块体理论为基础,考虑节理几何和力学参数随机性的岩体开挖可靠度分析方法,并给出了块体稳定的总失效概率评价模型。以澳大利亚阿德莱德地区一铜矿地质条件为例,以节理面倾角、倾向、摩擦系数和黏聚力为随机变量,通过Monte Carlo模拟和概率图方法,进行了岩体可靠度和失效概率的计算。最后,采用条件概率的分析方法,计算了单面滑动块体的总失效概率。计算结果表明,块体沿单面滑动并且出现的概率为11.0%,总的失效概率为3.85%,超过一般岩体工程可允许的风险水平,认为该方法可以作为评价块体可靠性的依据。

锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的概率分析

锦屏二级水电站皮带机隧洞岩体不连续面发育,确定隧洞开挖面是否可能产生关键块体具有重要实际意义。在对皮带机隧洞详细的地质调查和研究基础上,把随机概率模型引入关键块体理论,分析锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的滑落概率,得出迹长和关键块体失稳的概率为反比关系,皮带机隧洞各主要结构面迹长为1~3m的概率较高,含结构面J2的关键块体相对稳定以及顶拱圈的加固将成为皮带机隧洞的支护重点等结论,为设计有效的加固方案提供了依据,具有重要的工程应用价值。

基于块体理论的地下围岩稳定性分析

在深部巷道支护中对现有支护的评价至关重要,对安全生产具有重要意义。通过现场布置与测量,对矿区的节理裂隙进行了调查,确定了岩体中节理的形态和数量。然后,利用三维楔块稳定分析软件(Unwedge)对地下开挖的各个结构面块体进行稳定性分析。应用关键块体理论对连续和不连续岩体中开挖巷道的稳定性进行了分析,并对裂隙围岩的应力变化进行了监测。结果表明:三维楔形体稳定性分析软件可以对深部巷道支护进行评价;块体大小与巷道失稳没有直接关系,大厚度关键块的支护方法有待改进;在巷道软弱破碎段,U型钢支护能有效改善围岩应力状态。通过对巷道围岩的监测,证明了振动弦锚应力监测系统是一种高效、实时的地下围岩稳定性评价方法。

关键块体概率分析在复杂构造条件下大型地下工程开挖中的应用

锦屏一级水电站泄洪洞位于雅砻江右岸埋深大于100m的大理岩中,构造条件复杂,确定隧洞开挖面是否可能产生关键块体对工程安全具有重要意义。本文在对泄洪洞中导洞地质调查和研究基础上,将随机概率模型引入关键块体理论,分析关键块体的生成概率、体积大小与安全系数,得出关键块体形成概率服从负指数分布,主要取决于J②、J④组裂隙迹长的分布情况;关键块体的体积与主要结构面迹长成正比,最终收敛于结构面对关键块体完全切割时的关键块体体积;关键块体的安全系数随主要结构面迹长的增加而降低,但是同样收敛于结构面对关键块体的完全切割情况。为设计有效的加固方案提供了依据,具有积极的工程应用价值。

基于关键块体组方法的岩石边坡整体稳定性分析研究

关键块体理论一般以单个块体作为研究对象,被广泛应用于岩土及地下工程的稳定性分析中,而在实际工程中,常出现单个块体表现出稳定性而全部块体系统失去稳定性的情况。因此,提出了一种扩展的关键块体理论,即关键块体组方法,将研究对象从单个块体扩展到多个相邻块体组成的块体组,此方法应用在岩土及地下工程稳定性分析中时,能考虑更多可能的破坏模式,更具完备性和现实意义。利用关键块体组方法,对某岩石边坡的整体稳定性进行了分析,表明了此方法的必要性和实用性。

块体理论在隧道围岩稳定分析中的应用

根据块体理论的矢量运算方法,将隧道围岩稳定性问题转化为寻找和分析关键块体的问题,并以某公路隧道为例将其应用到工程实践中,通过几何分析和结构面的物理力学性质,确定了失稳的块体,指出可采用锚杆加固的措施。

随机块体对泰山抽水蓄能电站地下厂房稳定性的影响分析

关键块体的稳定性决定着岩体地下洞室的整体稳定性,因此确定洞室围岩关键块体的位置、大小以及关键块体失稳模式对控制及预测洞室的安全性至关重要。泰山抽水蓄能电站地下厂房围岩受到不连续面切割,存在稳定性问题,故对其长期稳定性进行了深入研究。在获得研究区节理裂隙产状概率特征的基础上,采用赤平极射投影法确定该区地下厂房概率最大失效模式,搜索厂房区关键块体的位置,并对其长期稳定性进行分析预测,给出关键块体安全性的定量指标。同时将强度折减法与关键块体理论相结合,对地下厂房长期稳定性及风险进行了有效预测,研究成果可为泰山抽水蓄能电站后续加固方案的制定提供借鉴与依据。

节理岩体地下洞室随机块体稳定性分析研究

客观存在的不确定性使得节理岩体工程不可避免地存在风险,概率分析是进行节理岩体工程风险分析评价的有效方法和手段。本文考虑节理岩体的随机特性,在关键块体理论中应用概率分析方法并结合具体工程对岩体地下洞室随机块体进行稳定性分析和预测,统计分析节理裂隙的产状特征,搜索并计算随机块体的安全性并反演得到所需的锚固力,采用随机方法分析评价系统锚杆和衬砌对关键块体的支护效果。研究方法及成果具有创新性,可为类似岩体工程的分析研究提供借鉴。

裂隙岩体块体几何识别研究

回顾了块体几何识别研究的发展过程,依据模型的空间维数和切割方法将其分为3个阶段,并分类分析了各个阶段的代表性研究成果.从原理、构建、效率和应用等角度对三维块体全空间识别算法进行比较,归纳出块体识别方法的一般数学描述.指出了当前三维块体全空间识别存在的问题和进一步研究的方向.

地下洞室群围岩关键块体的确定性搜索

为了有效地防止建于坚硬岩体中的水电站地下厂房围岩中的块体崩塌现象,在对荒沟水电站地下厂房系统地质条件详细勘察的基础上,运用适用于分析不连续面发育的破碎岩体的块体理论,依据探硐揭露的不连续面的产状,测点坐标等工程数据,采用矢量分析法编制了洞室稳定性矢量分析程序VATS(Vector Analysis for Tunnel Stability),实现了对地下厂房系统洞室群围岩中关键块体的确定性搜索,获取了生成关键块体的不连续面的可能组合、确切位置及其稳定性参数,并以AUTOCAD程序为可视化平台,图形展示不同部位中关键块体的几何分布特征,从而为开挖及加固方案的设计提供依据。

地下水封洞库洞室轴线方向优化方法

地下水封洞库洞室轴线方向对围岩稳定性、支护费用及施工安全等具有重要影响。基于洞库工程特性,提出了洞室轴向综合优化方法和评价指标。首先,依据国内规范确定出洞室轴向可选范围;然后,基于等效连续介质模型和非连续介质模型,以围岩最大位移、塑性区体积、稳定系数及结构面最大剪位移为评价指标,确定出各模型条件下的最优洞室轴向;基于关键块体理论,以支护压力为评价指标,确定出该条件下的最优轴向;最后,全面分析各评价指标计算结果,综合确定出最优洞室轴向。结果表明:构建的数值模型应包含掌子面,以全面反映施工过程安全性;基于强度折减法确定围岩稳定系数时,使用位移-折减系数曲线的位移突变点作为临界折减系数评判方法较计算不收敛评判法更为合理。将提出的洞室轴向综合优化方法应用于山东某地下水封洞库工程,优化结果证实了该方法的可行性和可靠性,可为相关工程提供参考。

断面形式对水电站节理隧洞稳定性的影响

断面形式的选择对水电站节理岩体地下洞室围岩的稳定性十分重要,也是影响其长期安全稳定运行的重要可控因素。为选择合理的断面形式、优化施工方案,在关键块体理论的基础上,利用UNWEDGE计算程序,选取4种不同断面形式隧洞进行了模拟分析。结果表明:断面形式对关键块体的体积、安全系数及所需的支护力都有重要影响。当断面从圆形向正方形过渡的过程中,关键块体的数量基本不变,但体积逐渐变大,安全系数普遍减小,需要支护的块体数量增多,围岩稳定性降低。

裂隙岩体巷道顶板失稳的块体力学分析与支护强度设计

受完全切割性裂隙影响的地下岩体巷道顶板失稳问题具有与众不同的显著特点,由贯通性构造裂隙切割形成的块体结构形状以及裂隙弱面的强度性质决定着顶板的变形破坏过程和支护强度确定．应用关键块体的力学基础理论,研究了顶板岩体常见的“楔形块体”和“六面体块体”失稳准则和滑动力大小,由此探讨了该条件下合理支护强度参数的设计确定,用2个现场实例证明了该设计方法的实用性．图5,参6．

高边坡卸荷岩体稳定性分析

岩质边坡在长期的地质作用下往往会被多组结构面所切割,形成复杂的卸荷裂隙岩体,而高边坡中的卸荷岩体直接影响到整个边坡的稳定性.依托西南某拱坝右坝肩高边坡工程,从地质分析的角度,对边坡卸荷岩体进行分区节理统计,进而划分出可能的局部不稳定块体,并定性评价了边坡的整体稳定性.在此基础上建立了三维地质模型,分别采用强度折减法和关键块体理论分析并评价了该工程高边坡卸荷岩体的局部稳定性,并提出了在地质勘察、安全监测、加固处理和施工控制等方面的建议.研究结果表明,该高边坡卸荷岩体整体稳定性较好,但局部存在潜在不稳定块体.该研究成果对类似工程具有重要的参考价值.