大跨度地下工程支护结构研究

针对大跨度地下工程结构受力复杂、安全风险高的工程特点,采用理论分析、经验评价、数值模拟的综合评价方法,对某地下实验大厅的支护结构稳定性进行综合评价。通过多种塑性力学计算方法,对比了卡柯(Caquot)公式、芬纳(Fenner)公式、修正的芬纳公式或卡斯特纳(Kastner)公式在具体工程中的应用,优化分析得出适合于硬岩条件下大跨度结构的理论分析方法。采用Q评价系统和工程类比方法,确定了大跨度地下工程锚杆、锚索和喷射混凝土的支护参数,通过相似工程的经验类比,认为锚索长度应不小于跨度的40%。采用三维离散元计算方法对支护结构的稳定性进行数值模拟,数值计算中的岩体采用基于HB强度准则的应变软化模型,结构面采用基于摩尔-库仑强度准则的理想弹塑性模型。通过数值分析,对边墙上部施加3排预应力锚索,边墙变形得到抑制,同时围岩潜在失稳块体数量和范围显著得到有效的控制。通过支护结构的应力分析得出60%的锚杆轴力在2.0~2.25 MN之间,表明地下工程具有良好的安全性。建立了塑性区理论分析、经验类比和数值模拟的综合评价方法,形成三位一体的评价体系,可有效地对大跨度支护结构的合理性进行评价。综合分析可知,支护方案设计合理时,能够有效应对围岩中的块体稳定风险和高应力破坏现象;在局部安全性较差的部位,锚索和锚杆应力水平相对较高,可以考虑对适当降低锚索预张拉力、增加随机锚杆数量。

锦屏一级水电站左岸边坡深部裂缝成因初探

对锦屏一级水电站边坡工程地质条件、坝址区实测地应力分布及左岸深部裂缝发育规律进行全面分析,采用UDEC和3DEC离散元程序模拟锦屏一级水电站河谷的演化发展,对河谷边坡不同演化阶段应力场的变化规律及变形与卸荷分带规律进行深入分析。根据数值模拟结果并结合河谷边坡变形及地应力现状特征,认为锦屏一级水电站左岸发育的深部裂缝是在河谷地质结构上软下硬、地层反倾、上部开阔下部狭窄、下蚀迅速和区域高应力背景的特定条件下,在河谷下切至1830～1730m高程阶段造成边坡1700～1850m高程范围的局部应力集中到超过岩体强度而产生岩体屈服破坏的结果。从工程地质定性的角度分析,目前左岸发育的深部裂缝对边坡稳定性的影响有别于区域构造断层,其对工程边坡的影响是有限的、局部的,工程中切实保护河谷1680m高程以下岩体是控制深部裂缝进一步发展及保证边坡稳定的基本原则。

深埋隧洞围岩高应力损伤破坏机理探讨

与常规应力条件相比,深埋隧洞围岩表现出的力学行为特点显著不同。结合锦屏二级水电站深埋引水隧洞开挖过程中普遍出现的围岩损伤破损现象,针对不同部位围岩应力变化路径,探讨了岩体松弛破坏以及应力集中引起的片帮破坏和岩爆破坏的应力变化特征,并采用数值方法再现了脆性围岩"V"形破坏模式和局部性特征。此外,还对围岩损伤破坏中的尺寸效应和应力路径效应问题进行了探讨。

脆性岩石破裂及强度的时间效应研究

岩石破裂及其导致的强度时间效应是深埋岩体工程长期稳定性所关心的一个重要问题。近年来,地下结构建设中已面临较为普遍的围岩破裂和强度时间效应问题的挑战。首先从现场现象及既有室内实验成果作为依据,阐述了岩石破裂扩展的一般规律性及强度时效的实验研究方法,并系统性论述了用于描述岩体破裂和长期力学行为的理论方法和进展,特别是基于离散介质力学方法的PSC颗粒流模型。在此基础上,依托锦屏水电站大理岩深埋引水隧洞工程并参考PSC模型核心理论,建立利用围岩质量指标GSI随时间呈指数递减关系的连续介质力学应力腐蚀模型FLAC-SC来表征隧洞开挖损伤区内围岩强度时效特征。以现场已获得锚杆应力测试成果作为基本依据完成了FLAC-SC模型参数的校核,继而就不同支护压力围岩运行期屈服深度预测,以指导锚杆长度及二衬厚度优化设计。

深圳抽水蓄能电站地下厂房围岩块体稳定高精度仿真模拟

深圳抽水蓄能电站地下厂房布置在坚硬花岗岩中,埋深250~350 m,属于典型硬岩条件下浅埋大跨度洞室,相对发育的确定性节理切割块体稳定性是工程设计关心的主要问题。针对这一问题,介绍厂房区基本地质条件及对该问题的分析判断和论证过程,及利用现场实际编录的节理资料,采用三维离散元程序3DEC确定性地模拟这些节理切割形成的块体,从而真实地分析和预测未来开挖过程中潜在不稳定块体及控制性节理分布,为论证和优化支护设计方案提供明确和直接的依据。

PFC及其在矿山崩落开采研究中的应用

介绍PFC的基本原理及其在岩土工程基础理论和工程应用研究中的主要功能,包括描述岩土介质材料基本力学特性的特点;概述PFC目前在国际上应用的现状及其在解决岩土体问题时的适用性和针对性。结合在进行矿山崩落法开采实际工程问题时PFC数值模拟的应用过程,介绍真实问题PFC应用研究的基本思想和工作步骤,包括模型构建与设置、材料模拟的数值试验以确定给定岩体的微力学参数、破裂发生和发展过程的追综记录等;同时,还给出具体工程崩落开采过程中的破坏形态、应力变化、围岩响应等。