岩石地下工程支护综合设计方法及其多媒体实现的研究

介绍了当前地下工程设计的一般性技术,结合工程实例阐述了地下工程的设计要点。得出地下工程设计是一项由初设计、现场监测及修正设计组成的系统工程。其中初设计的支护参数可由荷载-结构方法确定。现场监测是联系初设计与修正设计的枢纽,也是整个系统中的关键环节。通过正确分析监测结果,适当加强或降低初设计的支护强度,既保证了工程的安全性,又提高了工程的经济性。该方法可为地下工程设计提供一定的参考。

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。