Rock Mass Characterization and Support Design for Underground Additional Surge Pool Cavern—A Case Study, India

For better rock mass characterization and support design, 3D engineering geological mapping was carried for the heading portion of the under construction 200.00 m long, 68.75 m high and 20.20 m wide underground additional surge pool cavern of a Pranahitha-Chevella Sujala Sravanthi lift irrigation scheme package 8, India. To study cavern behavior, 3D geologic mapping of heading portion is very important for large cavern for predicting geologic conditions in benching down up to invert level, planning support system, selecting inclination for best location of supplemental rock bolt and choosing strategic locations for various types of instrumentation. The assessment of Tunnel Quality Index “Q” and Geomechanics classification for the granitic rock mass was done based on the information available of the rock joints and their nature and 3D geological logging. Hoek-Brown parameters were also determined by the statistical analysis of the results of a set of triaxial tests on core samples. On basis of geological characteristics and NMT Q-system chart, support system is recommended which includes rock bolt, steel fibre reinforced shotcrete and grouting. To evaluate the efficacy of the proposed support system, the capacity of support system is determined.

基于粒子群优化支持向量机的地下洞室支护设计

水电站地下洞室支护设计因其环境复杂性而面临重大挑战,现有方案受限于主观经验和低精度等问题,难以满足设计需求。为提高地下洞室设计效率和可靠性,通过引入粒子群优化(PSO)优化支持向量机(SVM)参数,开发地下洞室支护智能设计模型。模型将洞室跨度、洞室高度、洞室高跨比、洞室埋深、围岩类别、岩石饱和单轴抗压强度、最大主应力值、岩石强度应力比作为输入指标。通过对100个国内外水电站地下洞室支护案例的训练测试。结果表明:该模型在各项输出指标上显示了高度准确性,其中喷混厚度、锚杆直径、锚杆间排距的定类准确率分别达到90%、85%、90%,锚杆长度的定量预测拟合优度为0.843。研究成果可为地下洞室支护设计提供一种新方法。

陡倾柱状节理岩体洞室松弛特征与破坏机制

白鹤滩水电站柱状节理岩体具有特殊的柱体结构特征,洞室开挖后卸荷松弛破坏严重。通过对白鹤滩水电站4#导流洞柱状节理岩体现场破坏调查、位移和松弛深度监测,发现柱状节理洞室呈现典型的非对称破坏特征,不同部位松弛深度差异较大,左右侧边墙破坏模式受倾角影响,分别呈现倾倒破坏和滑移破坏。离散元数值模拟结果显示洞室表层围岩主要以柱间节理张拉破坏为主,内部围岩以剪切破坏为主,左右侧边墙不同的变形破坏特征是柱体倾角和地应力综合作用的结果。最后分析了不同柱体倾角对洞室变形破坏特征的影响,不同倾角下洞室各部位松弛深度差异显著,应根据洞室不同部位塑性区深度和柱体角度进行预应力锚杆设计。

某抽水蓄能电站地下厂房洞室群三维有限元稳定性分析

为了了解抽水蓄能电站地下厂房洞室群开挖支护后围岩的稳定性,以某抽水蓄能电站地下厂房洞室群为例,采用隐式弹粘塑性本构关系,建立三维有限元模型,对比分析地下洞室群毛洞工况、锚杆+锚索+衬砌联合支护工况及支护参数优化后围岩的变形、应力场分布及D-P点安全系数。结果表明:采用锚杆+锚索+衬砌联合支护的方式可以有效减小地下洞室群围岩的位移量,提高D-P点安全系数,使应力分布更为均匀,围岩的稳定性更好。锚杆长度在6m~8m范围变化及锚索预应力变化对围岩的变形、应力以及D-P点安全系数的影响不显著,但是对围岩局部有一定的影响,施工过程中应动态优化调整。

地下水封洞库施工巷道支护结构稳定性分析

以“湛江国家石油储备地下水封洞库工程”为依托,对施工巷道局部支护方案进行分析并通过有限元数值模拟计算的手段对该处支护方案进行校核得出锚杆、喷层、钢拱架与围岩共同承担开挖荷载。边墙腰部位置的锚杆应力较大,最大数值为288.705 MPa;喷层则主要承受压应力,在喷层拱座位置压应力最大,数值为–7.638 MPa,为局部的应力集中区域,其余位置的喷层压应力约为–2.546~–0.850 MPa,计算结果均在材料的设计强度范围内。洞内开挖过程中由于洞内施工致使地下水位下降,出现地表土体开裂,在表面进行固表灌浆效果较好,现场施工中针对局部变形较大情况加强拱脚支撑,增加锁拱锚杆,或加水平横撑等措施均能达到控制变形的目标。

某抽水蓄能电站地下厂房洞室群在锚杆锚固工况下围岩稳定性研究

针对某抽蓄电站的地下厂房洞室群具有规模大,洞室密集,施工条件复杂,主要洞室边墙高、跨度大的特点,对洞室群在锚杆锚固条件下的围岩稳定性进行分析,采用基于快速拉格朗日差分分析方法的FLAC3D的数值分析方法,对某抽水蓄能电站地下厂房洞室群在无支护条件和有支护条件下的围岩稳定性进行计算,并对比分析该电站地下厂房洞室群在毛洞开挖和锚杆锚固条件下开挖前后的应力场以及围岩变形的分布特征和变化规律。结果表明:开挖后,洞周围岩变形总体上表现为向临空面发展,洞室的拱顶逐步下沉,底板回弹。支护措施能有效减小围岩变形,围岩塑性区明显减小,塑性屈服程度显著降低。对比支护前后,应力松弛范围明显减小,支护可以明显改善围岩最小主应力分布,并为围岩提拱有效的支护围压,提高围岩稳定性。

基于洞周相对位移的地下洞室群系统模糊随机可靠度研究

为求解地下洞室群的系统模糊随机可靠度,将地下洞室洞周相对位移值及相对位移允许值分别作为结构荷载和结构强度,构造地下洞室可靠性分析的功能函数显式表达式;以此为基础,既考虑岩体力学参数的随机性,又考虑洞周相对位移允许值的模糊性,并采用网络概率估算技术(PNET法)求解地下洞室群的系统模糊随机可靠度。以某水电站发电系统洞室群为例,采用上述方法对施工期洞室的系统模糊可靠度进行计算,并使用进化-支持向量机方法代替数值方法计算洞周相对位移,从而得到洞室群的系统模糊随机可靠度。

青海某抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩稳定性及支护效果研究

青海某抽水蓄能电站地下厂房属典型深埋大型地下厂房洞室群,具有埋深大、跨度大、边墙高的特点,且受厂区内小断层发育等地质条件限制,其围岩稳定性问题复杂且重要。通过现场实测结合数值模拟计算的方法,对地下厂房洞室群围岩稳定性及支护效果进行了研究。研究表明,地下洞室以降低围岩受开挖扰动的程度和维持围压水平的方式进行支护,支护后围岩塑性区深度、变形均改善,支护结构受力情况较好,说明洞室间距合理,围岩整体稳定,具备成洞条件。本研究对类似地下洞室群的设计和施工具有参考意义。

重庆某抽水蓄能电站地下洞室群施工组织设计

本文针对重庆某抽水蓄能电站地下洞室群施工,通过对施工涉及的供风、供水、供电进行研究计算,确定供风、供水、供电高峰强度,提出了地下洞室群施工通道布置、施工排水、开挖支护、混凝土浇筑、机电设备及金属结构安装等措施方案,可为其他抽蓄工程地下洞室群施工组织设计提供借鉴。

某地下储油洞库围岩块体稳定评价与支护分析

当前,我国石油储库建设处于非常重要的发展期,地下储油洞库的围岩稳定性分析评价是影响储库设计的重要内容。因洞库区域岩体内各种地质缺陷的存在、岩体结构特征的复杂性和探测手段的局限性,以及当前裂隙岩体稳定分析技术的发展水平局限性,致使洞库围岩稳定分析的难度很大,成果的可靠性仍然不足。地下储油库通常浅埋于硬岩中,洞室围岩失稳往往表现为结构面切割形成的块体失稳,采用块体理论可以对结构面不同组合形成的可动块体及关键块体进行识别,并对这些块体进行稳定性评价和支护分析。本文以某地下储油洞库为例,首先分析洞库区域结构面发育特征,并采用全空间赤平投影分析不同结构面组合形成的可动块体。在此基础上识别关键块体,并根据其形态特征进一步确定支护块体,最后根据多种支护块体所需的支护力计算结果,给出了如何确定洞室围岩支护设计参数的分析方法。

丰宁抽水蓄能电站二期地下厂房施工期围岩变形规律分析

丰宁抽水蓄能电站地下厂房具有规模大、结构复杂等特点,围岩稳定性控制难度大,做好围岩变形监测,则是保障地下厂房开挖过程中围岩稳定的重要措施。本文基于二期地下厂房开挖过程中的围岩变形监测数据,对围岩变形规律进行分析,得出以下结论:(1)顶拱洞室围岩变形主要变现为一期施工所引起的时效变形,但由于及时采取支护措施,并未对二期施工产生较大影响;(2)洞壁围岩相对于洞壁内部围岩变形较为明显,施工过程中应着重加强对洞壁围岩的监测与支护;(3)地下厂房出现围岩变形的原因是内部岩体性质、蚀变带发育、岩体结构面应力重分布、施工因素等多因素共同作用的结果,为确保地下厂房的正常运行,对变形较大区域进行长期监测并对及时采取支护措施尤为重要。以上结论为后期丰宁抽水蓄能电站地下厂房围岩支护提供了理论依据,同时也为类似大型抽水蓄能电站的施工及加固设计提供了借鉴。

京张高铁八达岭长城地下车站建造及运营关键技术

因具有跨度大埋深大、洞室多密度大、古迹多环保严、人流大行车密等工程特点,八达岭长城地下车站建造面临密集洞室设计与施工组织、超大跨隧道修建、文物与环境保护、复杂地下车站运营组织等难题。为解决这些难题,所提出或形成的相关建造及运营关键技术如下:1)基于BIM的地下车站协同设计、层叠交错小净距洞室施工安全保障技术和复杂洞室群智能施工组织,实现了密集群洞空间最优化布局和复杂结构高效施工组织;2)通过超大跨隧道主动支护技术、“品”字形开挖技术、长寿命结构体系,实现了软弱围岩超大跨隧道安全快速施工;3)通过地下车站出口消隐设计、微震微损伤精准爆破量化控制、施工通风与粉尘处理以及清污分离排水系统,解决了风景区隧道下穿影响难题;4)通过深埋洞室群车站舒适环境构建、智能防灾疏散救援以及地下车站智能运营管理与智能能源管理,保障了复杂深埋地下车站旅客乘坐体验与生命安全,实现了车站高效运营和节能降耗。

基于KPCA-IPSO-SVM模型的地下洞室围岩变形预测研究

为了提高地下洞室施工期围岩变形预测的准确性和运算速度,研究了KPCA-IPSO-SVM预测模型在地下洞室施工期围岩变形预测中的运用,并对粒子群算法(PSO)进行改进。核主成分分析法(KPCA)可将输入参数映射到高维空间处理,依据累计贡献度提取模型输入的非线性主元,降低输入参数的维度;改进粒子群算法(IPSO)对支持向量机(SVM)的核函数参数和惩罚因子进行优化。以向家坝水电站地下洞室施工期围岩变形监测数据作为研究对象,对该模型进行训练和预测,并将KPCA-IPSO-SVM模型与单一SVM、PSO-SVM、IPSO-SVM预测模型进行比较。结果表明,KPCA-IPSO-SVM模型具有更高的预测精度和运算速度。

地下水封洞库围岩块体稳定性与支护可靠性分析

结构面的几何参数和力学参数随机分布导致岩体工程的稳定性具有高度不确定性.以我国某地下水封石油储备库项目为背景,把结构面倾向、倾角、黏聚力及内摩擦角作为随机变量,运用可靠度理论,在数值模拟的基础上,研究了围岩块体稳定性和支护系统可靠性,并对支护参数进行检验与优化.结果表明:Ⅰ~Ⅳ级围岩块体稳定性可靠度指标分别为4.23,1.68,0.65和-0.07;对Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级围岩块体采取支护措施后,可靠度指标分别为3.3,3.0和2.0;并对其支护间排距进行优化,推荐值分别为2.8,2.0和1.6 m.

复杂洞室群特殊节点稳定性分析及支护措施研究

为解决复杂洞室群特殊节点合理支护、安全施工的难题,以某大型洞室群工程为例,采用数值模拟方法对其形成的十字交叉口、T形交叉口、喇叭口、小净距等特殊薄弱节点进行稳定性分析,提出IV级围岩条件下的特殊节点部位合理支护措施,并对洞室群特殊节点支护措施的合理性进行评价,为开挖支护设计提供科学依据与技术指导。研究结果表明:对于洞室群工程存在的特殊节点,应重点关注截面交界、岩柱较薄等部位的岩体应力状态及塑性区贯通情况;对于本工程中的十字交叉口,后行支洞塑性区范围比先行支洞大;对于本工程中的喇叭口节点,在中岩柱支护措施选取上,一方面要采取刚性支护构件对中岩柱厚度较小区域进行支护加固,另一方面可采取对拉锚杆等措施提高中岩柱的自稳能力和承载能力。

龙滩地下洞室群围岩稳定性分析

大型地下洞室群的开挖和支护结构与围岩的稳定性密切相关,龙滩地下洞室群是布置在陡倾角层状结构岩体的巨型地下结构。应用FLAC3D方法,研究龙滩地下洞室群在开挖和支护过程中围岩的变形特征以及支护结构的受力特点,并将位移计算结果和现场监测结果进行比较,结果表明:数值计算的结果与监测结果规律基本一致,但数值计算位移的量值比监测结果略大。由此可知,采用本计算方法模拟急倾斜岩体内开挖大型地下洞室群具有较强的可靠性。

节理岩体大型地下洞室群稳定性分析

深入研究了加锚节理面的变形特点和节理面附近锚杆的变形特点;把断裂力学与损伤力学相结合,采用应变能等效的方法,建立了加锚断续节理岩体在压剪应力作用下的本构关系;按自洽理论的方法,得到了加锚断续节理岩体在拉剪应力状态下的本构关系,并将其理论模型应用于某大型地下厂房的三维稳定性分析中。应用加锚断续节理岩体断裂损伤模型模拟锚杆的支护效应,锚杆通过与围岩的联合作用,有效地限制了围岩变形,改善了围岩的应力状态,阻止了围岩破损区的发展演化,从而提高了围岩的稳定性。将断裂损伤计算结果与一般弹塑性(FLAC3D)计算结果进行了对比分析。相比于普通的弹塑性模型,加锚断续节理岩体断裂损伤模型考虑了岩体中节理裂隙对洞室围岩稳定性的影响,以及锚杆针对节理裂隙的加固作用,能更好地反映裂隙岩体洞室围岩稳定性特征,从而验证了该模型的有效性和优越性。

大团山矿床采空区处理方法

采用岩石力学原理和方法，通过现场初始地应力实测、室内岩石力学性质试验和矿床开采全过程的三维有限元模拟，系统地分析了大团山矿床开采过程中采空区顶底板和矿柱的稳定性。结果表明，矿柱宽度小于２７．５ｍ时，矿柱将会发生失稳，增加矿柱宽度对采空区顶底板稳定性的影响并不明显。据此进一步提出了一套合理的空区处理方法。

变径洞室超前支护开挖模拟与分析

变径洞室开挖稳定性是地下工程重要的研究课题之一。尤其在围岩软弱的情况下,从小截面向大截面洞室开挖的过程中,会给施工带来很多安全方面的难题。通过有限差分数值分析方法研究了变径洞室的开挖稳定性,分析了拱部小导管超前注浆支护与非超前支护两种施工方法对工程的影响。计算结果表明,由小截面向大截面洞室开挖,不稳定性因素增加,超前小导管注浆支护能够显著提高围岩的稳定性,明显减少了洞室的变形和塑性区,避免了软弱围岩开挖中塌方现象的产生。研究成果对洞室施工具有指导意义。

小浪底水利枢纽地下厂房岩体支护效果数值分析研究

介绍了小浪底水利枢纽地下厂房岩体力学行为数值分析的过程和方法,包括采用的屈服准则、三维几何模型、岩体力学参数、地应力场、开挖过程模拟和支护结构模拟方法。给出了1.0和0.8两种侧压力系数下,无支护结构、无预应力锚索有锚杆有衬砌、有预应力锚索有锚杆有衬砌3种情况的计算结果,研究结果表明:(1)支护结构对限制围岩位移和塑性区开展作用不大,但对于固定松动破碎岩块、防止洞周局部崩塌脱落有不可缺少的作用;(2)开挖过程对预应力锚索拉力影响不大;(3)开挖过程引起混凝土衬砌较大拉应力,围岩表面的钢筋网,对于限制衬砌开裂和防止其脱落,有重要作用。