软弱围岩引水隧洞初期开挖稳定性研究

软弱围岩隧洞在引水隧洞中比较普遍,隧洞开挖后围岩的稳定性对于施工安全有着重要的意义。结合浅埋隧洞围岩稳定性理论,利用数值模拟软件,针对具体工程建立二维数值模型,对隧洞开挖进行模拟;分析在整个开挖过程中围岩竖直位移和水平位移以及围岩应力特征。结果表明,大断面浅埋隧洞在VI级围岩下最不稳定,需要重点监测,以保证其稳定性。研究结果对软弱围岩隧洞开挖稳定性具有一定指导意义。     

高地应力区隧洞稳定性的数值仿真分析

结合具体工程实例对高地应力地区隧洞的稳定性以及支护系统进行模拟施工过程的有限元仿真分析。分析结果表明,高地应力地区中喷层最易遭到破坏;隧洞围岩与支护结构的受力与变形的最大特征为沿大主应力方向围岩应力释放最多、位移最大、沿小主应力方向围岩应力集中程度最高,两个方向均为围岩的最薄弱位置,最后提出要进行及时有效的支护、增长锚杆和对全洞除底板外喷钢纤维混凝土的建议,对其它类似工程有丰富的借鉴意义。     

黄土地区引水隧洞施工围岩变形特征分析

为研究引水隧洞施工期间的变形特征,依托某黄土地区引水隧洞工程为例,综合采用现场实测数据分析和数值模拟开展隧洞的变形特征研究。结果表明：（1）隧洞拱顶位移变化速率和累计沉降值最大,且出口右线的沉降速率比左线的更大。与出口相比,进口处的地面沉降值明显较小,其中进口处地面的最大沉降值为35 mm,出口处地面最大沉降为70 mm;(2)建立数值有限元模型进行计算表明,数值模拟结果与实际监测规律基本一致,其中实测隧道开挖结束的拱顶最大沉降为60 mm,而数值模拟结果为78 mm,两者相对误差在20%以内;随着隧洞的开挖,隧道应力发生重分布,衬砌两侧发生应力集中,最大值为6.0 MPa,顶部围岩应力达到2 MPa。     

引水隧洞洞段围岩稳定性数值模拟

在隧洞工程中,围岩的稳定性和支护的作用效果一直是非常重要的问题.本文以新疆某输水隧洞为例,建立有限元计算模型,利用FLAC3D对引水隧洞开挖及支护后的应力和位移特征进行计算分析,为地下洞室工程的围岩稳定性评价和支撑结构计算及工程施工提供指导及借鉴.     

引水隧洞围岩受力变形的数值分析

引水隧洞处于岩溶区时,其围岩变形特点会受到岩溶位置、发育等因素影响,它的围岩变形规律和常规隧洞有较大的区别。以某水电站引水隧洞为背景,将现场变形监测和有限元模拟两种研究手段相结合,综合分析围岩的变形特点。研究结果表明：模拟得出的围岩变形规律与现场监测得出的变形规律基本一致,均表现为距离溶洞较近的隧洞左侧变形要大于距离溶洞较远的隧洞右侧变形;并且左边墙在水平方向上的变形约是右边墙的2倍;位移增量最大的部位是拱顶处,接着是边墙的水平位移量,腰拱处水平位移值最小;与隧洞距离较短的溶洞右侧在水平方向的变形和溶洞顶部下沉量最大,其他位置的变形量比较小。     

复杂地质条件下引水隧洞围岩稳定性分析

地下工程具有广阔的发展前景,而其围岩的稳定性关系到工程的施工安全以及运行安全。采用有限元分析方法,对计算模型的有限变形原理、洞室参数的选择进行了介绍。依托柳坪水电站引水隧洞工程,依据相关设计参数,建立三维整体模型,模拟了复杂地质条件下引水隧洞在开挖不支护、开挖支护完成后、地震工况条件下围岩稳定性计算结果,说明隧洞围岩主要受到压应力的作用,且通过衬砌能有效地控制围岩变形。并对结果对比分析,得出了3种工况的安全系数均大于1,隧洞围岩结构稳定性较好,且引水隧洞垂直方向变形均大大超过水平方向等结论,为施工及结构设计提供参考。     

引水隧洞围岩稳定性数值模拟分析

为研究水工隧洞挖后围岩稳定性问题,以某引水隧洞为工程案例,采用三维有限元分析软件Flac 3D对该隧洞进行数值模拟分析。模拟计算开挖过程中围岩的应力、应变的空间分布规律,并得到如下结果：（1）在自重应力作用下,围岩的竖向变形成层状分布;（2）随着埋深的增大,围岩的竖向变形相应地也就越大;（3）在隧洞上台阶开挖后,在隧洞的正上方的地面沉降量为12 mm,而在地表两侧地面的沉降量减小到1.15 mm;(4)在隧洞下台阶开挖后,隧洞两侧隧道的边墙部分竖向变形量收敛,隧洞拱顶与拱底处竖向位移的数值大小与分布规律均相同。     

深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定性研究

在深埋隧洞开挖过程中,高地应力和结构面发育是控制洞室围岩稳定的关键问题。针对深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定问题,以新疆某深埋高地应力引水隧洞为工程依托,利用水压致裂法和三维水压致裂法对地应力进行现场监测与分析,采用离散元软件3DEC模拟围岩应力场、塑性区以及位移场的变化情况,研究了深埋高地应力下引水隧洞节理围岩的稳定性问题。结果表明:实测得最大主应力在12.4~12.9 MPa范围内,模拟得洞室附近出现0~2.1 m的塑性区,最大位移值为25.1 mm,最大压应力为13.2 MPa,最大拉应力为1.32 MPa,洞室的侧墙和拱底部位的塑性区、位移值较大且出现局部小范围拉应力。结合本文具体工况和实测地应力资料,通过强度理论的方法进行岩爆分析研究,由Russenes岩爆判别式得无岩爆发生,节理岩体处于稳定状态,但随节理裂隙发育,侧墙和拱底易出现破坏,建议采用2.5 m锚杆进行加固。模拟结果与实测结果较为一致,研究成果为工程施工提供参考。     

拉西瓦水电站高地应力地区大型地下厂房洞群围岩稳定性研究

围绕高地应力地区洞群围岩稳定，结合拉西瓦水电站大型地下厂房的具体情况，在影响因素敏感度分析、地应力背景、岩体特性、计算模型、优化设计等方面进行了深入系统的研究。     

软岩引水隧洞围岩稳定性分析

为研究软岩区引水隧洞开挖变形规律,基于某软岩引水隧洞工程实例,对现场监测数据进行分析。结果表明：(1)受软弱岩层的影响,掌子面开挖6m以内,拱顶沉降值和周边位移值的变化最大,且拱顶位移沉降和周边位移与时间的关系符合指数函数关系;(2)软弱岩层隧洞开挖后,围岩自身很难迅速形成自稳定岩圈。当施加支护结构后,且支护结构与围岩形成支护拱圈时,位移才会有所收敛。在实际隧洞施工过程中,对于监测断面25m以内的位移监测要适当进行加密;(3)对于软岩区隧洞,因隧洞地层的工程性质较差,隧洞开挖后要及时进行支护。在实际施工过程中,要重视现场隧洞变形监测,发现问题及时处理。     

某大型引水隧洞穿越断裂带洞段围岩稳定性研究

西南某深埋长隧道位于全新世区域活动断裂带。为了解断裂带的地应力分布情况，现场开展了钻孔岩石取芯分析工作。根据钻孔实测资料，利用莫尔-库仑模型，对隧洞周围的初始地应力场的分布特征进行了模拟分析，掌握了应力分布规律。分析结果表明，无支护条件下，隧洞围岩在断裂带出露处可发生极严重变形，对施工安全有重大影响。建议施工时，采用超前支护，开挖后及时实施二次衬砌等措施，以保证施工安全。     

高地温引水隧洞围岩热——应力耦合分析

针对新疆某高地温环境下的圆形隧洞,采用有限元分析程序,分别对不同围岩半径下的温度场分布进行模拟,并以不同围岩半径下围岩与支护接触面处的温度作为围岩合理计算范围取值的参考,结合有关理论分析的结果,确定出围岩最佳计算半径。在此基础上进一步研究隧洞施工期围岩温度、应力和位移场在热—应力耦合作用下的分布问题。研究结果表明,当围岩外部温度为80℃、隧洞内部温度为5℃时,隧洞开挖后考虑温度和应力共同影响下的围岩最佳计算半径为24 m。隧洞围岩温度沿围岩厚度方向呈非线性递增变化。与常温(20℃)情况相比,高地温的存在会使隧洞围岩最大主应力减小,同时也会在隧洞拱顶和底拱处产生拉应力。     

软弱围岩隧道塑性区注浆效果研究

根据李家冲隧道的地质情况,采用FLAC3D软件对软弱围岩条件下隧道的注浆效果进行了研究。分析了注浆前后围岩塑性区的变化情况及隧道施工过程中围岩深部移位元随时间的变化情况。数值分析和实际监测的结果皆表明:围岩预注浆能缩小塑性区范围,改善围岩的物理力学性质,可以有效控制围岩的深部位移,且两者结果相差不大。说明可以运用FLAC3D软件对隧道围岩注浆效果进行分析研究。     

丹巴水电站引水隧洞开挖洞型洞距优化及围岩变形规律研究

基于横观各向同性及理想弹塑性模型,应用FLAC3D软件,针对引水隧洞开展不同开挖洞型(圆型、城门洞型、四心圆马蹄型和平底马蹄型)的数值模拟分析,得出圆型开挖断面为最优断面;基于洞径为16 m的圆型开挖断面,分析得到,在保证隧洞不会因邻洞局部失稳而导致隧洞群整体失稳破坏情况下,相邻开挖隧洞允许的极限安全间距为45 m;最后,选定600、800、1 000和1 200 m埋深下模拟探洞实测情况,得到洞径为16 m的圆型断面,在掌子面上下半部分开挖,推进至1倍洞距时围岩变形破坏速率较大的演化规律,该段是开挖重点防护的开挖阶段,可为后期施工提供参考。     

锦屏二级水电站引水隧洞软岩段变形特征 及预留变形量分析

统计分析了锦屏二级水电站引水隧洞软岩段变形量,研究了超深埋大断面隧洞软弱围岩变形特征及预留变形量合理的取值范围。通过数值模拟、解析计算和现场实测数据统计分析,锦屏引水隧洞软岩段预留变形量范围可取40～60 cm。研究结果可供类似工程施工参考。     

大金坪引水隧洞围岩岩爆灾害预测

大金坪引水隧洞位于高山峡谷区,受断裂带附近应力集中的影响,洞段、硬脆岩质洞段围岩具备岩爆灾害形成的基本条件,应当予以预测评估。通过评估,可预防岩爆灾害对施工人员、设备的伤害。     

大型地下厂房含蚀变带围岩变形特征与机理分析

大型地下厂房的洞室开挖规模较大,围岩稳定问题突出;而当厂区蚀变带发育时,围岩发生大变形的风险可能骤增。依托丰宁电站主厂房洞室开挖工程,结合地质资料和监测数据,对大型地下厂房含蚀变带围岩的变形特征与机理进行了分析。结果表明:开挖边墙变形普遍较大,多个监测值超过50 mm;开挖规模较大的区域变形更大;受蚀变影响的围岩时效变形明显。分析认为丰宁电站主厂房围岩变形受到蚀变带、大规模开挖和地应力的综合影响:沿结构面广泛分布的蚀变带削弱了岩体质量,成为大变形的内因;大规模开挖造成围岩卸荷损伤,创造了大变形的条件;而与厂房纵轴线大角度相交的地应力大主应力则放大了前两者的不利影响,最终导致大变形发生。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

丹巴水电站引水隧洞衬砌结构安全与围岩稳定性分析

依托丹巴水电站引水隧洞工程,研究锚杆和衬砌对围岩稳定性的影响,进行了不同埋深下隧洞衬砌厚度的比选和衬砌的安全性分析、配筋和裂缝宽度验算等,考虑了不同衬砌施加时机对隧洞受力及位移的影响。研究发现,锚杆支护可使围岩塑性区分布更加均匀,受力更加合理,可较好的控制围岩变形;衬砌内最大压应力值随着埋深增加而增大,随着衬砌厚度增加而降低;提出了有效减压区,应在有效减压区选择衬砌厚度,衬砌厚度选1.5m为宜;在最危险工况下,给出了合理的配筋设计方案;经过不同位移量和不同模型下衬砌安全性的对比分析,衬砌加固选择85%的位移预留量,围岩的变形量和最大控制内力都可得到明显的控制。