多目標(biāo)可變模糊評價(jià)法的導(dǎo)流隧洞圍巖穩(wěn)定性分級(jí)研究

隧道圍巖穩(wěn)定性的模糊評價(jià)研究——隧道工程是受各種復(fù)雜因素影響的地下結(jié)構(gòu)工程，雖然通過監(jiān)測工作得到的隧道凈空位移變形可以一定意義上有效反映隧道是否穩(wěn)定，但是卻無法對隧道的整體穩(wěn)定性情況做出合理的判斷．為了更好地解決這一問題，利用模糊數(shù)學(xué)的原理對...

http://www.***.*** -1- 古水水電站1＃導(dǎo)流隧洞圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析 張風(fēng)堂 河海大學(xué)土木工程學(xué)院，南京（210098） e-mail：zft_008@sina.com 摘要：結(jié)合古水水電站1＃導(dǎo)流洞工程實(shí)踐，采用flac3d數(shù)值分析方法，系統(tǒng)研究了洞 室開挖完成后圍巖的二次應(yīng)力場、變形場和塑性破壞區(qū)的分布特征和變化規(guī)律，為導(dǎo)流隧洞 圍巖穩(wěn)定性評價(jià)和工程施工設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)資料和參考依據(jù) 關(guān)鍵詞：古水水電站；導(dǎo)流洞；圍巖穩(wěn)定性；flac3d 中圖分類號(hào)：tu196+.4td313+.1 1．引言 隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，水電開發(fā)在其中占據(jù)了重要地位，若干大型地下水電 站正在開發(fā)和興建中。工程地區(qū)往往河谷深切，岸坡陡峭，山勢雄偉，合理的設(shè)計(jì)常常不得 不將建筑物布置在地下或山體內(nèi)部 [1] ，復(fù)雜地質(zhì)條件下大規(guī)模的地下洞

在地下工程施工中,根據(jù)圍巖穩(wěn)定性分類確定圍巖開挖和支護(hù)施工措施及參數(shù)是行之有效的手段,在水電工程領(lǐng)域,取得了根據(jù)工程地質(zhì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行圍巖分類的成果,但在應(yīng)用中存在不足.經(jīng)研究并結(jié)合原有成果,建立圍巖穩(wěn)定性模糊綜合評價(jià)模型可彌補(bǔ)其不足,使原有成果的運(yùn)用更方便可靠。實(shí)踐證明,該模型是合理可行的。

水電工程中的"深埋、大跨、高墻"型水工隧洞應(yīng)用越來越多,開挖過程中洞室的圍巖穩(wěn)定性問題顯得尤為突出。以西南某水電站為例,采用ansys軟件對地下廠房洞室群分層開挖進(jìn)行模擬計(jì)算。為同類工程及相關(guān)研究提供參考。

通過rfpa方法考慮巖石材料的細(xì)觀非均勻特性,對深埋硬巖隧洞全斷面一次開挖和分?jǐn)嗝娑啻伍_挖進(jìn)行數(shù)值模擬分析,直觀呈現(xiàn)隧道圍巖破裂面位置與形態(tài)漸進(jìn)破壞誘致失穩(wěn)的演化全過程,并與現(xiàn)場破壞情況對比研究,旨在揭示兩種不同施工過程中應(yīng)力演化、位移擴(kuò)展、能量釋放多個(gè)特征方面對圍巖穩(wěn)定性的影響及其破壞機(jī)制。數(shù)值模擬結(jié)果表明,隧洞圍巖穩(wěn)定性采用分?jǐn)嗝娑啻伍_挖優(yōu)于全斷面一次開挖方式,為應(yīng)對1#引水隧洞tbm掘進(jìn)到錦屏山核部強(qiáng)巖爆風(fēng)險(xiǎn),排引2#橫通道往西洞段采用鉆爆法超前實(shí)施導(dǎo)洞方案為最佳。雖然分?jǐn)嗝骈_挖可以顯著地降低圍巖破壞風(fēng)險(xiǎn),但不能徹底排除多次擴(kuò)挖過程中圍巖大塌方的情況,則建議這些洞段直接鉆爆擴(kuò)挖到位,讓tbm步進(jìn)安全通過為宜。同時(shí)深埋硬巖\"城門型\"隧道的破壞機(jī)制是來自側(cè)壁破壞為主而拱形部位不存在壓力拱破壞,與淺埋隧道的破壞在拱頂?shù)钠茐臋C(jī)制有明顯區(qū)別,對認(rèn)識(shí)隧道破壞機(jī)制有重要意義。

根據(jù)隧道的工程地質(zhì)條件,確定了圍巖穩(wěn)定性的影響因素,即巖體的基本物理、力學(xué)性質(zhì)、地下水以及節(jié)理發(fā)育條件等。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用可拓學(xué)理論,選取了對隧道圍巖穩(wěn)定性有重要影響的參數(shù)指標(biāo),在此基礎(chǔ)上,建立隧道圍巖穩(wěn)定性定量評價(jià)模型,并通過可拓學(xué)計(jì)算程序,得出隧道圍巖穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果,將其與按相關(guān)規(guī)范計(jì)算的圍巖穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果相對比,結(jié)果基本吻合,因此,可以考慮將可拓學(xué)理論應(yīng)用在隧道圍巖穩(wěn)定性評價(jià)的工作中。

結(jié)合熊渡隧道的工程實(shí)踐,通過拱頂沉降、錨桿應(yīng)力的現(xiàn)場監(jiān)控量測和數(shù)值計(jì)算工作,研究了復(fù)雜地質(zhì)條件下巖溶隧道全斷面爆破開挖時(shí)圍巖的穩(wěn)定性,研究結(jié)果表明,熊渡隧道ⅴ級(jí)圍巖段的破碎帶采用現(xiàn)有的施工工藝和支護(hù)參數(shù)是可行的,圍巖變形可控,支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果顯著,圍巖基本穩(wěn)定。

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,人們對隧道圍巖穩(wěn)定性研究的方法呈現(xiàn)出各種各樣。文章通過資料的查閱,總結(jié)了隧道圍巖穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,在前人研究的基礎(chǔ)上分析了其以后的發(fā)展趨勢。

敘述二灘巖體的質(zhì)量分級(jí)，并以此作為地下洞室開挖和支護(hù)的基礎(chǔ)。對左、右岸導(dǎo)流洞的地質(zhì)條件和各級(jí)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行了評價(jià)。采用施工地質(zhì)方法，進(jìn)行了前后地質(zhì)資料的對比。

導(dǎo)流隧洞廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中,鋼筋混凝土襯砌支護(hù)也是目前導(dǎo)流隧洞的主要支護(hù)方式。采用非線性有限元分析方法,對某水電站導(dǎo)流隧洞洞身特征斷面進(jìn)行了計(jì)算,并引入了點(diǎn)點(diǎn)接觸單元,對在內(nèi)水作用下圍巖和鋼筋混凝土襯砌之間存在初始縫隙時(shí)的聯(lián)合承載特性進(jìn)行了分析;引入了接縫單元,對圍巖與鋼筋混凝土襯砌接觸部分在外水作用下的工作特性進(jìn)行模擬,分析了襯砌與圍巖接觸面強(qiáng)度對襯砌應(yīng)力的影響,研究結(jié)果對其他導(dǎo)流隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工具有一定的指導(dǎo)意義。

天生橋一級(jí)水電站的兩條導(dǎo)流隧洞開挖洞的徑均為１６ｍ，從ｔ２ｂ層泥巖，砂巖中通過。為研究隧洞施工與運(yùn)行期圍巖穩(wěn)定性，研究了巖石與軟弱結(jié)構(gòu)面的流變特性，進(jìn)行了現(xiàn)場原位模型洞的變形量測和有限元分析，分析了圍巖強(qiáng)度，軟弱結(jié)構(gòu)面及圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定性的影響。

通過曼歇2號(hào)隧道中導(dǎo)洞開挖中的地質(zhì)素描和資料收集,依據(jù)掌子面和兩壁出露的地質(zhì)體的巖性、節(jié)理、巖體結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)構(gòu)造特征等綜合特征,沿其走向、傾向和傾角的延伸推斷工作面短距離前方的地質(zhì)情況,應(yīng)用赤平投影分析法對正洞的圍巖穩(wěn)定性和邊坡的變形破壞做出定性和定量分析,從而預(yù)測兩側(cè)正洞的地質(zhì)情況,對連拱隧道上、下行線正洞的施工予以指導(dǎo)和控制,進(jìn)而達(dá)到短期預(yù)報(bào)的目的。

基于等效數(shù)值法的地下工程圍巖穩(wěn)定性評價(jià)研究——基于等效數(shù)值原理并結(jié)合地下工程圍巖本身特性，對地下工程圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了評價(jià)。選取5個(gè)影響圍巖穩(wěn)定性的指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，分別是圍巖質(zhì)量指標(biāo)d值、單軸抗壓強(qiáng)度r巖體完整性指標(biāo)k、地下水滲水量w和節(jié)理狀況，并把...

結(jié)合唐山鐵礦的施工過程,利用ansys有限元分析軟件及有限差分軟件flac3d對鐵礦圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬研究,分析了鐵礦圍巖的應(yīng)力、沉降及塑性區(qū)狀況,評價(jià)了圍巖破壞機(jī)理及穩(wěn)定性。結(jié)果表明:隧道開挖后圍巖產(chǎn)生了一定的塑性區(qū)破壞,且地表產(chǎn)生了一定的沉降。由于對該礦山進(jìn)行了流固耦合數(shù)值模擬研究,從研究成果看隔水層有效的阻止了滲流,但開挖擾動(dòng)引起的裂隙使部分孔隙水從頂板中滲流到采場中,容易導(dǎo)致涌水事故。

在地下工程的施工過程中,圍巖的穩(wěn)定性對于工程整體的施工質(zhì)量以及安全性都有著十分重大的影響,直接關(guān)系到地下工程的施工效果.本文針對地下工程引水隧洞施工過程中具體發(fā)生的一些狀況,結(jié)合隧道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,旨在使地下工程引水隧洞的建設(shè)更加具有安全性.

對地下工程而言,其圍巖是否具有較好的穩(wěn)定性直接影響著整個(gè)工程的建設(shè)質(zhì)量、施工安全和運(yùn)行安全等。本文主要是結(jié)合地下工程引水隧洞建設(shè)過程中的一些情況,對引水隧洞圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,為日后的地下工程的設(shè)計(jì)及其引水隧洞的建設(shè)提供一定的借鑒和參考。

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深為33,233,433m時(shí),在ⅰ~ⅴ級(jí)圍巖的受力、塑性變形和位移變化。研究發(fā)現(xiàn),在同一埋深下,隨著圍巖破碎程度的增加,圍巖的受拉區(qū)和塑性變形區(qū)逐漸從拱頂、底向邊墻轉(zhuǎn)移,并可能在邊墻處發(fā)生拉應(yīng)力突增現(xiàn)象,突增幅度隨埋深的增加而增大。隧洞的拱頂、邊墻和拱底都會(huì)產(chǎn)生較大位移;隨著埋深的增加和巖體的破碎,拱頂和拱肩的位移會(huì)超過其他部位。計(jì)算結(jié)果和已有的模型試驗(yàn)結(jié)果相比較,論證了研究方法和結(jié)論的合理性。

地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析——一、無壓洞室圍巖重分布應(yīng)力計(jì)算　　如果洞室半徑相對洞長很小，按平面應(yīng)變問題考慮，概化為受均布?jí)毫Φ谋“逯行男A孔周邊應(yīng)力分布…………　　2塑性圍巖重分布應(yīng)力　　地下開挖后，洞壁的應(yīng)力集中最大,當(dāng)它超過圍巖屈服極限...

隧道圍巖穩(wěn)定性分析是該工程領(lǐng)域亟需解決的問題。本文主要針對圓形斷面隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析,建立了合適的地質(zhì)模型,分析了隧道開挖過程中,隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用力的變化規(guī)律,為今后的相關(guān)研究提供了一個(gè)思路。

隧道是修建在底層中的工程結(jié)構(gòu),在挖開地層并把隧道襯砌修建在地層內(nèi)的過程中和以后,地層始終對隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用,本文在提出圍巖穩(wěn)定性基本判據(jù)的基礎(chǔ)上,著重對公路隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合模糊理論,提出了圍巖穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)分級(jí)方法。在評價(jià)時(shí),根據(jù)巖體力學(xué)現(xiàn)有的研究資料,選取六個(gè)評價(jià)指標(biāo)通過對評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算并結(jié)合安全檢查表法,計(jì)算出圍巖穩(wěn)定性的值,以此值將圍巖分為ⅰ~ⅴ個(gè)等級(jí),從而實(shí)現(xiàn)了對圍巖的綜合評價(jià)。該評價(jià)方法被應(yīng)用到黃河大柳樹水電站導(dǎo)流洞圍巖穩(wěn)定性綜合評價(jià)中,其結(jié)果得到了實(shí)際工程的檢驗(yàn),說明該方法有一定的適用價(jià)值。

首先提出對于軟巖(土質(zhì))隧洞及時(shí)支護(hù)下的圍巖變形穩(wěn)定性可轉(zhuǎn)化為支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性這一評判理念,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步將初期支護(hù)(噴層)不出現(xiàn)拉壓破壞時(shí)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的對應(yīng)變形作為評判標(biāo)準(zhǔn),提出軟質(zhì)隧洞圍巖穩(wěn)定性評判新思路;考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的監(jiān)測不便、不準(zhǔn),而支護(hù)結(jié)構(gòu)的收斂變形監(jiān)測較為方便與可靠這一工程現(xiàn)實(shí),再次通過數(shù)值試驗(yàn)的方法,將支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限應(yīng)力科學(xué)地轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)的允許變形,進(jìn)而建立能夠考慮初期支護(hù)安全性的圍巖穩(wěn)定性評價(jià)新方法。該評判方法在新疆庫尉輸水隧洞工程的成功應(yīng)用表明其具有較好的可靠性和適用性。