引水隧洞工程中热应力中对围岩表层稳定性的影响分析

以实际深埋软岩引水隧洞施工为背景,在对导致大变形的围岩压力性质认识和力学行为分析的基础上,结合室内实验、数值模拟手段、施工变形监测数据和围岩—衬砌接触压力现场试验,研究了隧洞开挖后洞周位移分布特征、围岩变形和支护受力随时间发展规律。研究结论表明:(1)大主应力方向为垂直方向的高地应力环境中,隧洞软岩大变形以挤压型变形为主;(2)开挖面和二衬对约束隧洞空间位移分布具有重要作用;(3)软弱围岩变形发展和支护受力具有明显的流变特性和时间效应,及时施加二衬能有效限制流变变形的发展。在研究基础上提出了一些施工中有益于控制围岩稳定性的建议。

第24卷第20期岩石力学与工程学报vol.24no.20 2005年10月chinesejournalofrockmechanicsandengineeringoct.，2005 收稿日期：2005–06–13；修回日期：2005–08–15 作者简介：王于宝(1962–)，男，1984年毕业于太原工业大学水利水电工程系，现为教授级高级工程师，主要从事水文地质及工程地质方面的研究工 作。e-mail：dlbwyb@yahoo.com.cn，dlbwybwy@263.net。 大坂引水隧洞工程变形监测及稳定性分析 王于宝1 ，2，王晓卫2，颜新荣2，麻永福2 (1.中国矿业大学，北京100083；2.新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000) 摘要：“九九”大坂区各比选方案引水隧洞线均穿越第四系中

利用三维拉格朗日有限差分法对某深埋隧洞工程进行分步开挖支护数值模拟,对比分析了隧洞在无支护、锚杆支护、衬砌支护及复合支护下围岩的应力、位移和塑性区分布,对地下隧洞工程设计与施工提供了参考依据。

糯租水电站工程建设已完工，本文根据引水隧洞开挖后所揭露的地质状况，对引水隧洞的工程地质条件进行综述，并对围岩及渗透稳定问题作出分析评价。

糯租水电站工程建设已完工,根据引水隧洞开挖后所揭露的地质状况,对引水隧洞的工程地质条件进行综述,并对围岩及渗透稳定问题作出分析评价。通过5个多月的运行,引水隧洞围岩稳定,基本无内水外渗现象。

大伙房水库引水隧洞tbm掘进段围岩稳定性分析——利用ansys软件对大伙房水库引水隧洞tbm掘进段进行了二维数值模拟。采用平面应变模型。针对不同的上覆岩层厚度和围岩类别，计算得出围岩的应力场和位移场，从这两个角度对围岩的稳定性进行评价。得出的结论对大型...

水工引水隧洞施工过程中,常发生塌方、突涌水和岩爆等不良地质问题,直接对施工安全和工程进度造成严重影响。为准确预判围岩稳定性防止发生事故,施工开挖过程中围岩稳定性分析十分重要。文章结合工程实例,考虑多种地质条件和内水压力等因素,选取典型断面模拟隧洞在开挖和支护等多种工况下的应力变形计算分析,结论对指导引水隧洞围岩稳定性分析研究具有一定的指导价值。

水工引水隧洞施工过程中,常发生塌方、突涌水和岩爆等不良地质问题,直接对施工安全和工程进度造成严重影响.为准确预判围岩稳定性防止发生事故,施工开挖过程中围岩稳定性分析十分重要.文章结合工程实例,考虑多种地质条件和内水压力等因素,选取典型断面模拟隧洞在开挖和支护等多种工况下的应力变形计算分析,结论对指导引水隧洞围岩稳定性分析研究具有一定的指导价值.

基于大型通用有限元软件ansys对引水式水电站引水隧洞开挖与衬砌过程进行数值模拟。隧洞开挖与衬砌采用ansys软件中的生死单元来实现。通过模拟隧洞的开挖与衬砌，改变地下水水位，进而对各水位对应下的引水隧洞洞身段围岩及衬砌稳定进行评价。故在计算结果的基础上．结合工程实际情况和经验．研究地下水水位对隧洞围岩稳定性的影响，并得出几点有益的结论，以期为实际隧洞工程施工及设计提供依据。

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433m时,在ⅰ~ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化。研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大。隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位。计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性。

针对2种不同施工顺序对地下洞室围岩稳定性的影响,其一是先开挖地下隧道,后修建地面建筑,分析了隧道洞顶的沉降位移、洞室围岩的变形、塑性区、拉压破坏区等;其二是先修建地面建筑地面建筑先完成,后开挖地下隧道,分析了地下隧道的受力、变形、破坏区以塑性区等。通过分析得出了前一种施工顺序更为有利的结论。

以纳溪高速公路叙岭关隧道为背景,以方形溶洞为例,运用三维有限元方法分析隧道侧部溶洞对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:随着隧道的不断推进,右拱脚附近竖向位移和最大主应力有较明显的增加;拱顶、拱底围岩变形有朝溶洞方向位移的趋势;侧部溶洞对围岩的影响范围大约是2倍隧道洞径,对1倍隧道洞径内的围岩及侧部溶洞应及时处理。隧道围岩位移、应力的变化规律可为岩溶处理、支护时机提供依据。

文中介绍了水压致裂法地应力测量原理,并对水压致裂法测定的东山供水工程9#隧洞天然地应力大小及方向进行了分析计算。结合隧洞工程实际,应用围岩应力理论,计算隧洞开挖后洞壁重分布应力,评价了隧洞围岩稳定。依据强度应力比判定了隧洞岩爆问题。对工程方案的可靠性及设计开挖和支护处理措施具有指导意义。

采用离散网络渗流模型模拟节理岩体中的渗流,分析渗流对节理地下洞室稳定性的影响。通过对洞室开挖后常规静力荷载、常规静力荷载与渗透压力耦合作用以及常规静力荷载作用下考虑地下水对洞室围岩的软化作用3种工况进行模拟,得出洞室在3种工况下的应力和位移变化情况。结果表明:考虑地下水与否,不受其他外加荷载作用时,节理岩体地下洞室的围岩都不会遭到破坏;有高水头地下水作用时,渗透压力对洞室围岩的影响要比地下水对洞室围岩的软化作用对洞室围岩的影响大得多;渗透压力对地下洞室围岩的影响主要集中在洞顶部位,洞室侧壁围岩受地下水的影响较小。

以抚顺西露天矿为工程背景,采用flac软件研究露天转地下开采中垂直应力与水平应力比和巷道跨高比变化对围岩稳定性影响。数值模拟结果表明,受开挖扰动的围岩体中存在自平衡拱结构,其特征为该区域的应力高于其他区域。自平衡拱是最主要的承载体,上覆岩层荷载和压力通过自平衡拱传递到采场周边;自平衡拱形状受应力环境和巷道断面尺寸影响。

水电工程中的"深埋、大跨、高墙"型水工隧洞应用越来越多,开挖过程中洞室的围岩稳定性问题显得尤为突出。以西南某水电站为例,采用ansys软件对地下厂房洞室群分层开挖进行模拟计算。为同类工程及相关研究提供参考。

在尚家湾隧道施工期间,曾预报并揭露大型溶洞,溶洞的存在给隧道施工带来极大的安全隐患。以尚家湾隧道为背景,开展数值试验。通过对比隧道前方有、无溶洞条件下开挖工况,从位移、应力、塑性区3个方面分析了隧道前方大型溶洞对隧道围岩稳定性的影响。研究表明:对于本工程而言,溶洞对隧道底部和左侧拱腰的影响要大于对隧道顶部及右侧拱腰的影响;隧道前方存在大型溶洞条件下塑性区体积随开挖位置呈指数增长。隧道前方无溶洞条件下,塑性区体积随开挖位置呈线性增长,即溶洞的存在大大加速了隧道开挖塑性破坏区的增长。该研究对岩溶地区隧道安全施工具有一定的指导意义。

通过建立有限元、离散元两种数值力学模型,开展开挖跨度对隧道围岩稳定性的影响规律研究。结果表明:在不考虑洞室形状影响的前提下,当围岩按连续介质假设,且开挖后仍处于弹性应力状态时,单纯增加隧道开挖跨度对围岩应力状态影响不大;但若开挖后进入弹塑性应力状态,则单纯加大开挖跨度会导致塑性区半径大幅度增加,影响围岩稳定。当围岩按非连续介质假定时,岩体失稳主要呈现节理面间剪切滑移。开挖跨度增大相当于隧道跨度与岩块的相对尺度增大,隧道关键块体失稳概率加大,对于相同产状节理岩体,关键块体出现部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道开挖的应力扰动区内遭遇节理的组数增加,组数越多,岩体越破碎,失稳概率越大,且失稳模式各有不同,增加了支护难度。

电力隧道施工中对围岩稳定性的分析

冻岩隧道施工中,开挖、初衬、保温层和二衬等作业,产生的施工热量及洞内外空气的热交换,将影响冻土围岩原始地温场。这种地温场的扰动,破坏了冻土地层的热力学平衡,使其冻土的热物理力学性能发生改变,其中包括冻土的融沉性、冻土回冻过程的膨胀性以及隧道的稳定性等工程力学性能。因此,保护冻土、减少施工对冻土原始地温场的扰动是冻土隧道施工的重要控制因素之一。通过建立冻土围岩、支护衬砌结构、隔热保温层和洞内环境气体热力学模型,根据实际工况和实测洞内环境温度及地温,应用ansys有限元程序,对不同施工工况下围岩的温度场变化进行模拟,分别研究毛洞暴露时间、初衬施作时机、初衬持续时间等不同状况下,冻岩温度场的扰动规律、融化圈深度。根据不同施工方法下融化圈大小对洞室稳定性的影响,为冻土隧道施工控制和决策提供科学依据。

通过曼歇2号隧道中导洞开挖中的地质素描和资料收集,依据掌子面和两壁出露的地质体的岩性、节理、岩体结构类型、地质构造特征等综合特征,沿其走向、倾向和倾角的延伸推断工作面短距离前方的地质情况,应用赤平投影分析法对正洞的围岩稳定性和边坡的变形破坏做出定性和定量分析,从而预测两侧正洞的地质情况,对连拱隧道上、下行线正洞的施工予以指导和控制,进而达到短期预报的目的。

通过rfpa方法考虑岩石材料的细观非均匀特性,对深埋硬岩隧洞全断面一次开挖和分断面多次开挖进行数值模拟分析,直观呈现隧道围岩破裂面位置与形态渐进破坏诱致失稳的演化全过程,并与现场破坏情况对比研究,旨在揭示两种不同施工过程中应力演化、位移扩展、能量释放多个特征方面对围岩稳定性的影响及其破坏机制。数值模拟结果表明,隧洞围岩稳定性采用分断面多次开挖优于全断面一次开挖方式,为应对1#引水隧洞tbm掘进到锦屏山核部强岩爆风险,排引2#横通道往西洞段采用钻爆法超前实施导洞方案为最佳。虽然分断面开挖可以显著地降低围岩破坏风险,但不能彻底排除多次扩挖过程中围岩大塌方的情况,则建议这些洞段直接钻爆扩挖到位,让tbm步进安全通过为宜。同时深埋硬岩\"城门型\"隧道的破坏机制是来自侧壁破坏为主而拱形部位不存在压力拱破坏,与浅埋隧道的破坏在拱顶的破坏机制有明显区别,对认识隧道破坏机制有重要意义。