采用不同屈服准则对地下洞室群围岩稳定性数值分析成果的影响研究
地下洞室围岩稳固的分析方式
学号年级 15级工程地质硕士课程结课论文地下洞室围岩稳固的分析方式专业 15级工程地质姓名彭大伟指导教师张发明评阅人2021年12月中国南京地下洞室围岩稳固的分析方式摘要：随着科技进展的进步，关于大型水利水电工程除在坝体结构方面要有严格的要求和分析方式外，水电站的地下厂房洞室也要具有必然的分析方式。
地下洞室围岩稳固性在整个工程中发挥着重要的作用，现在关于地下洞室围岩稳固的分析方式有很多，本文依照前人所总结出的方式及文献从头进行归纳和分析，要紧针关于洞室整体性和局部性稳固的分析，并对这些方式的现状进行了综述。
关键词：地下洞室围岩稳固分析方式未开挖的天然地下岩体在自重及地质构造运动后形成的初始应力场状态下维持相对稳固。
当在岩体内开挖洞室后，洞室周围必然范围的岩体（围岩）相对稳固的应力场受到破坏，发生应力重散布。
随着具体围岩部位、产状等情形的不同，应力重散布的结果既可能仍归于稳固，也可能显现洞顶崩塌等失稳现象。
对此，地下洞室的设计时必需做出分析，并相应付工程方法做出选择，要求从各个层面关于地下洞室围岩稳固做出分析，提出各类分析方式。
地下洞室的稳固性分析要紧包括洞室的整体稳固性分析和洞室局部块体的稳固性分析。
随着有关于岩石方面的理论和运算机技术的进展，为地下洞室的开挖和稳固性分析提供了新的方式，取得了一系列的功效，可是围岩稳固性分析理论作为地下工程的全然问题之一，由于地质条件的复杂性，各个方式的准确性应用仍很困难，始终没有形成一个系统的理论，工程上为此还常常依托于体会判别。
因此有必要对现有的分析方式进行比较，了解它们各自的优势与不足，有助于对分析功效进行正确的判定。
1. 围岩整体性分析方式的比较解析分析法当前应用解析分析法在求解有关洞室围岩稳固性问题时，通常采纳弹性和弹塑性两种方式进行，且均按平面问题的极坐标进行解答。
当围岩的岩性均匀，岩体坚硬完整，且其应力水平未超过弹性极限时，可将围岩视为均匀、各项同性的弹性体，按弹性理论分析围岩应力。
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究地下厂房洞室群围岩稳定性是指地下厂房洞室周围岩体的稳定性问题。
地下厂房洞室通常是为了满足人们的生产、生活和储存需求，因此洞室群围岩的稳定性对于地下厂房的长期运行、人员安全和资产保障至关重要。
在研究地下厂房洞室群围岩稳定性时，需要考虑以下几个方面的问题：首先，需要分析洞室群围岩的物理力学特性，包括岩石的强度、变形特性和破坏模式。
通过适当的岩石力学试验和野外观测，可以获取岩石的力学参数，如抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
这些参数对于稳定性分析和设计起着重要的作用。
其次，需要考虑工程参数的影响，如洞室尺寸、埋深和周边岩性的条件。
洞室尺寸对岩体稳定性有直接影响，尤其是高宽比较大的洞室，容易导致岩体的变形和破坏。
洞室的埋深也会影响岩体的应力状态，从而影响岩体的稳定性。
周边岩性的条件决定了岩体的强度和变形特性，需要对周边岩性进行综合分析。
此外，岩体的结构面、节理和隐伏断层等地质构造的影响也需要考虑。
岩体中存在的结构面和节理体，会导致岩体的开裂和滑动，对岩体的稳定性产生不利影响。
隐伏断层的活动可能导致岩体的滑动和破坏，需要对其进行综合分析和评估。
最后，需要进行数值模拟和力学分析，包括有限元分析、离散元分析和解析方法等。
通过数值模拟可以模拟地下厂房洞室群围岩的应力-应变状态，预测岩体的破坏形态和稳定性。
数值模拟还可以进行灵敏度分析，评估不同参数对岩体稳定性的影响，为优化设计和工程措施提供依据。
综上所述，地下厂房洞室群围岩稳定性的研究是一项复杂的工作，需要考虑岩石力学特性、洞室尺寸与周边岩性、地质构造和数值模拟等多个方面的问题。
通过综合分析和评估，可以为地下厂房洞室的设计和建设提供科学依据，保障其长期稳定和安全运行。
洞室围岩稳定性研究及支护方案建议
洞室围岩稳定性研究及支护方案建议一、引言洞室围岩稳定性一直是地下工程中极为重要的问题，它关系到工程的安全与可靠性。
在本文中，我们将针对洞室围岩的稳定性问题进行研究，并提出相应的支护方案建议。
二、背景地下洞室工程是人类利用地下空间资源的重要手段，广泛应用于地铁、隧道以及水利、矿山等领域。
然而，由于地质条件的复杂性，洞室围岩稳定性问题一直困扰着工程师们。
处理好围岩的稳定性问题，将为地下工程的安全运行提供保障。
三、研究现状目前，对于洞室围岩稳定性的研究已取得一定成果。
研究者们通过实地观测、数值模拟以及室内试验等手段，深入探究了围岩的力学性质、变形特征以及破坏机理。
这些研究成果为我们提供了宝贵的基础数据。
四、围岩力学性质分析围岩的力学性质是洞室稳定性研究的基础，通过对岩石的抗压强度、弹性模量、滑移特性等进行测试和分析，可以对围岩的稳定性进行评估。
此外，还需考虑岩石的节理、岩石的裂缝和破碎程度等因素。
五、围岩变形特征研究围岩在受到应力作用下会发生变形，这种变形特征对于洞室稳定性的影响至关重要。
当前的研究主要集中在围岩的压缩变形、剪切变形以及破裂变形等方面。
了解围岩的变形特征可以为后续的支护方案制定提供重要参考。
六、围岩破坏机理探究围岩破坏是围岩稳定性问题中的核心内容，它关系到洞室的整体稳定性。
目前的研究主要集中在岩体的破裂方式、破裂类型、破裂力学以及围岩的支护措施等方面。
通过对围岩破坏机理的深入探究，我们可以更好地预测围岩的破坏情况，并制定相应的支护方案。
七、支护方案建议针对洞室围岩的稳定性问题，我们可以采取多种支护方案来增强围岩的稳定性。
具体的支护措施包括加固围岩、注浆加固、锚杆加固等。
在选择支护方案时，需要综合考虑洞室的大小、围岩的性质、地质条件以及经济成本等因素，并进行合理的设计和施工。
八、总结通过对洞室围岩稳定性的研究，我们可以更好地了解围岩的力学性质、变形特征以及破坏机理，为地下工程的安全运行提供保障。
地下洞室群施工方案优化及围岩稳定性分析(DOC)
地下洞室群施工方案优化及围岩稳定性分析吴杉（中国水利水电第七工程局有限公司四川省成都市 610000）【摘要】：本文首先介绍了动态施工力学的基本概念和原理，在此基础上简单介绍了运用动态规划优化地下洞室群施工方案，随后运用具体实例分析，发现优化施工顺序能够有效提高围岩稳定效果,这对地下洞室群施工具有重要的参考价值。
【关键词】：地下洞室群；围岩稳定性；施工方案0.引言:影响地下洞室群稳定性的因素有很多，其中也存在很多的不确定因素,通过有限元分析法能够有效反映工程开挖过程中的围岩位移、破坏区分布和应力随开挖的变化规律，从而确定最合适的施工方案。
1.岩体非静态建设施工力学原理针对地下洞室施工所涉及到的力学的特点来看，整个施工程序能够被想象为一种非可逆、没有规律可循的演变程序，对于其最后的评价也是众说纷纭，会受到多种因素的制约，与应力路径和应力历史相关.对于小洞室群施工来说，也很少会有全断面一次成洞，大多情况下都要根据施工工期、岩体特性和碴运输洞布置情况等条件，合理选择分期开挖方案，换句话说，地下洞室群施工必然存在一个施工方案的优化问题，其目标函数应当是在保证工程安全性的前提下实现经济效益的最大化。
现阶段，岩体力学已逐渐向更有前景的发展方向延伸，就是广为人知的岩体动态建设力学，其施工的要点有以下几点：①项目的稳定性不但受到外界环境的影响，而且也和项目自身的施工特点紧密相连;②对比较冗杂的石块进行施工时,对周围岩石的稳定性进行讨论的过程本质是非线性的力学，应力路径和应力历史对围岩稳定性有着直接的影响；③地下洞室群施工需要根据工程特点和岩体特性，采取有针对性的开挖和支护手段，保证施工全过程都做好围岩体的稳定性控制；④对于复杂的地下洞室群施工，在施工开始前，需要进行动态施工力学的优化分析，尽可能的寻找优良的施工方案，为施工决策提供可靠依据;⑤为了保证施工方案的合理性，在施工前期，需要做好围岩动态响应的观察和监测工作,并且根据监测结果适当的对施工方案进行调整和改进；⑥施工方案的选择和优化必须保证地质监测、施工计划、建设监管以及研究项目四道工序联系密切与协调发展,确保全部的施工工序拥有足够的灵活性。
大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨
。建筑 与工程 ０
Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｆ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
２０ ０ ８年
第 ２ 期 ｌ
大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨
（． １河海大 学 土木 工程 学院 江苏
冯 科锋 ’ 杨师 东 郭纹华 南京 ２ ０ ９ ； ． １ ０ ８ ２ 中南 勘测 设计研 究 院
形情况， 得尤为重要。 显 本 文 分 析 了某 电站 地 下 厂 房 开 挖 过 程 中 的 围 岩 变 形 特 征 ， 论 了 讨 围岩 支 护 的 合 理 时 间 及 重 要 性 ， 类 似 洞 室 的 设 计 、 挖 提 供 有 效 的 为 开 参考 。
２ 工程 概 况 ．
２１工 程 简 介 ． 该 水 电 站 装 机 容 量 ６ ０ ＭＷ ，枢 纽 建 筑 物 主要 有混 凝 土 重 力 坝 、 ００
影 响 。
图 １ 主 厂 房 轴 线 地 质 剖 面 示 意 图
３ 围岩 变 形 监 测 、 形 时 效 特 征 分 析 及 其 回 归 曲 线 ． 变
３ １ 形 监测 ．变
图 ３ Ｍ ４断商各深度围岩变形一 时间曲线 ４
髑
岩 体 作 为 一种 非 线 性 介 质 ． 室 开 挖 后 围 岩 中发 生 的 物 理 、 学 变 形 趋 势 会 越 来越 平 缓 ． 现 了水 利 工 程 地 下 洞 室 开 挖 的 洞 室 群 效要 有 两 大 类 ： 是 由岩 体 结 构 面 和 开 挖 面 组 合 形 成 一 的局 部 块 体 稳 定 性 问 题 口 另 一 类 是 由岩 体 强 度 和 岩 层 层 面 、 间 破 碎 ： 层 带 或 断 层 控 制 的洞 室 整 体 稳 定 性 问 题 。 于 大 型地 下 洞 室 跨 度 一 般 较 由 大 ， 深 较 深 ， 以 施 工 难 度 较 高 ， 开 挖 的 过程 中 ， 时 掌 握 围岩 的变 埋 所 在 及
基于Hoek—Brown屈服准则的隧道围岩稳定性分析
ｓ ｕ ｔｎｃ ｃｌ ｉ ｆｕｎ１ Ｉ ｒ ｒｏｒ ｅｒ ｅ ｏ ａ ｓ ｂｌｙｏ ｎ ｅ ｓｒ ｕ ｄ ｇｒ ｋｔｅｓｅｇ ｄｃ ｉ ｌｉ ａ ｕ ｔｎｏ ｎ ｅ． ｎｏｄ ｓａｃ ｔ ￣ ｂ ｔ ｉｔ ｆｕ ｎｌｕｒ ｎｉ ｃ ｒｎｔ ｒ ｕ— ｍ ａｏ ｌ ａｏ ｔ ｅｔ ｅ ｈｈ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ ｈ ｔ ｈ ｅ
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第 ５卷 第 ５期 ２０ ０ ８年 １ Ｏ月
铁 道科学与工程学报
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第八章地下洞室围岩稳定性分析
第八章地下洞室围岩稳定性分析
一、地下洞室围岩稳定性
地下洞室围岩稳定性是指开挖地下洞室时，所受水、渗、力、温度变
化作用下，围岩在洞室形成过程中，确保其稳定性，防止发生失稳破坏的
能力。
地下采掘洞室围岩稳定性受到岩性、受力形式、受力程度、渗透性、温度变化、洞室形状及支护形式等多种因素的影响，是复杂的工程力学问题。
二、稳定性分析指标
1、岩体的稳定性
假设在洞室围岩失稳前，围岩的状态是完全稳定的，所以在洞室围岩
的稳定性分析中，首先要对围岩的物理力学性质进行研究，确定洞室围岩
的初始稳定性或不稳定性，对洞室围岩的加载稳定性进行评价，并确定必
要的加固措施。
2、洞室围岩作用的潜在施工影响
稳定性分析还要考虑洞室的施工对围岩的影响，如渗漏的影响，支撑
结构的影响，排水管的影响，洞室入口封闭的影响等。
这些因素会对洞室
围岩的稳定性造成一定影响。
三、稳定性分析方法
1、岩层垂直受力平衡分析法
岩层垂直受力平衡分析法是指将洞室每一层的垂直受力状况按照垂直
受力平衡原理，进行层层分析，以确定每一层的受力及稳定情况。
地下洞室围岩稳定性评价方法的适用性研究
地下洞室围岩稳定性评价方法的适用性研究作者：赵海涛江波来源：《中华建设科技》2013年第12期【摘要】围岩稳定性是反映地下洞室地质环境、支护结构与施工方法的综合性指标。
本文归纳了力学分析法、围岩分类法、数值分析法、模型试验法、不确定性方法等5种常用的围岩稳定性评价方法，分析了各种方法的优缺点及其适用性，讨论了今后的研究发展方向。
【关键词】地下工程；围岩稳定性；适用性1. 引言地下洞室围岩丧失稳定性，从力学观点来看，是由于围岩应力水平达到或超过岩体强度范围较大，形成一个连续贯通的塑性区和滑动面，产生较大位移，最终导致失稳。
主要破坏形式分为脆性张裂破坏、塑性挤压流动破坏和剪切流动破坏等几种，因此围岩稳定性研究的实质是分析与评价岩体介质的应力和变形。
应用弹塑性理论、流变理论，并考虑围岩节理、裂隙的计算解来研究围岩稳定问题[1，2]，使得围岩稳定性分析方法更为贴切实际。
然而在对不同地质条件、埋深、跨度、施工方法等的地下洞室围岩稳定性进行分析时，应考虑评价方法的适用性，有益于选择出合理的围岩稳定性评价方法。
2. 围岩稳定性评价方法及适用性分析2.1力学分析法。
（1）围岩压力理论主要经历了古典压力理论、散体压力理论及目前广泛应用的弹性力学理论、塑性力学理论，地下洞室开挖后由于卸荷作用使围岩应力进行重分布，并出现应力集中。
如果围岩应力处处小于岩体弹性极限强度，这时围岩处于弹性状态；反之，围岩将部分进入塑性状态，但局部区域进入塑性状态并不意味着围岩将发生坍落或失稳。
（2）力学分析法对于规则的圆形断面求解较为精确，参数也较易确定，但当洞室是非圆形时，就需要通过保角变换将单位圆外域映射到洞室外域，而洞室的映射函数是问题的求解关键。
力学分析法具有精度高、分析速度快和易于进行规律性研究等优点，但分析围岩应力和变形目前多限于深埋地下工程，对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋地下工程围岩稳定性分析在数学处理上存在一定困难。
特别当岩体应力、应变超过峰值应力和极限应变，围岩进入全应力应变曲线峰后段的刚体滑移与张裂状态时，它便不再适用。
城市地下洞室围岩稳定性的探究及分析方法
城市地下洞室围岩稳定性的探究及分析方法摘要：地下工程已成为城市建设中不可或缺的一部分，本文讨论了围岩稳定性的方法与思路，介绍了围岩稳定性的监测方法和手段。
同时又对地下洞室稳定性的影响因素进行了分析，然后对有限元的计算方法以及开发的有限元分析软件进行了深度的分析，为以后地下工程的建设奠定了良好的基础，对城市地下洞室围岩稳定性的探究和分析都有着极为重要的意义。
关键词：城市建设；围岩稳定性；地下洞室；监测方法；有限元分析1 引言地下工程逐渐在城市建设中占据一席之地并且不断发展，地下工程围岩的稳定性对工程的正常运营是至关重要的。
从力学角度来看，地下洞室围岩丧失稳定性是由于围岩的应力达到或超过岩体自身所能承受的强度范围，形成了一个连续贯通的塑性区和滑动面,产生较大位移进而最终导致失稳[1]。
为了保证城市地下工程建设的顺利进行，有必要对洞室的围岩稳定性进行全面的分析和评价，有限元分析方法已经成为地下洞室围岩稳定性分析的重要手段之一。
然而城市地下工程的建设是极为复杂的，影响地下工程围岩稳定性的因素也是多方面的，其稳定性主要与岩石性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造、开挖方式、围岩支护的形式等因素有关[2]。
对于复杂地质条件下大型地下洞室群的围岩，运用有限元方法分析评价后要经受工程实践的检验，仅仅依靠现有的有限元分析商业软件有时是不现实的，而许多通用有限元分析软件在处理这些问题的时候显得棘手或者力不从心，因此迫切需要人们研制符合大型地下洞室群围岩特点的有限元分析程序，这一程序既要具有比较完备的计算分析功能，又要有强大的可视化手段，让分析者的思想、方法以及分析结论实现可视化。
文中在介绍地下洞室围岩稳定的三维弹塑性有限元方法、洞室群开挖分析和锚固支护的有限元模拟以及围岩稳定性评价指标的基础上，结合城市地下洞室的特点，完善了已经开发的有限元图形系统的功能，为方案的比较和决策提供了参考价值，同时为地下洞室稳定性的探究及分析奠定了良好的基础。
地下工程围岩稳定性分析方法研究进展
Series No. 320 金属矿山总第320期February 2003METAL MINE2003年第2期地下工程围岩稳定性分析方法研究进展3许传华任青文李瑞(河海大学)(马鞍山矿山研究院)摘要对地下工程围岩稳定性分析方法和围岩体的破坏失稳判据作了总结与回顾,并对这一研究的现状与发展趋势作了评述。
关键词地下工程围岩稳定性分析研究进展Surrounding Rock Mass in Underground EngineeringXu Chuanhua Ren Qingwen( Hehai University)Advances in Researching the Stability Analysis Methods of theLi Rui( Maanshan Institute of Mining Research)Abstract Methods for analyzing the stability of the surrounding rock masses in underground engineering and their failurecreterions are generalized. The current situation and development trend of this research are reviewed.Keywords Underground engineering , Stability analysis of surrounding rock masses , Advance of research地下工程围岩稳定性问题一直是岩土工程的一个重要研究内容,而围岩稳定性评价结果的正确与否直接关系到地下工程的成败。
当前地下结构工程规模日益巨大,技术问题复杂,表现在地下工程埋深大,体积庞大,地质条件复杂等,如将要兴建的南水北调西线工程主要由深埋长隧道系统构成,隧道总长达260 km,其中单段最长65 km,埋深一般在500m以上。
地下空间隧道工程中围岩稳定性分析研究
地下空间隧道工程中围岩稳定性分析研究地下空间隧道工程是一项复杂而危险的工程，需要经过深入的研究和分析。
其中之一是围岩稳定性的研究，这是地下开挖工程中非常重要的一个环节。
围岩的稳定性是地下隧道工程的关键，它关系着整个隧道工程的安全和可靠性。
因此，本文将探讨地下空间隧道工程中围岩稳定性的分析和研究。
一、围岩稳定性的定义与形成机理围岩稳定性是指围岩在内力和外力的作用下，不发生失稳破坏，并且保持稳定状态的能力。
围岩稳定性的形成机理主要包括地下水、地质构造、地面压力、地震等多种因素的控制作用。
这些因素对围岩稳定性的影响是十分重要的。
二、围岩稳定性分析的方法与手段在地下空间隧道工程中，对围岩稳定性的分析主要包括定量和定性两种方法。
定量方法可以通过有限元数值模拟和力学分析等手段实现，而定性方法则主要从地质工程学、钻孔、观测等方面入手。
有限元数值模拟是一种基于计算机技术的工程分析方法。
它可以通过一组数学模型和物理规律，对复杂的地下隧道工程进行模拟和分析。
有限元数值模拟不仅可以对隧道工程的力学性能进行分析，还可以对围岩的稳定性进行评估。
有限元数值模拟虽然具有高精度、高效率等优点，但也存在一些问题，例如计算结果的准确性和可靠性不足，且需要投入较大的人力、物力、财力等方面的资源。
力学分析方法是围岩稳定性分析的另一种手段。
它通过掌握岩石的物理性质、结构和应力状态等方面的信息来预测围岩的稳定性。
力学分析方法可以根据岩石的弹性模量、剪切模量和体积密度等参数，计算出围岩的稳定性指标，例如破坏压力和破坏扰动。
定性方法主要包括地质工程学、钻孔和观测三个方面。
地质工程学主要侧重于地质构造的分析和判定。
它可以通过掌握地质构造、断层等信息来了解围岩稳定性的受力状态。
而钻孔技术是利用钻进地下角落而采集地下数据的方法，可以通过分析钻学数据来确定围岩中的物理性质、成分和性质状况。
观测则是一种以实际场景为基础的分析手段，它可以通过监测现场情况来判断围岩的变形、破坏状态等。
D-P准则在岩体工程中应用
D-P准则在岩体工程中的应用摘要:Drucker-Prager(下简称D-P)系列屈服准则作为Mohr-Coulomb(下简称M-C)准则的修正模型在岩土工程中得到了广泛的使用。
本文主要介绍D-P准则在岩体工程中的应用研究，即采用不同的D-P准则具体分析在不同工程中的应用。
本文分析了不同D-P准则在稳定分析中的应用、在隧道开挖中的应用、边坡系数的研究和地下洞室围岩稳定影响研究。
关键词：D-P系列屈服准则；稳定分析；隧道开挖；边坡系数；地下洞室围岩稳定影响研究1 D-P系列屈服准则在稳定分析中的应用研究这一问题的探讨分为两部分进行:一是通过算例来探讨在稳定分析中选用合适的D-P系列屈服准则应具备的条件;二是通过算例结果分析提出在稳定分析中如何选用合适的D-P系列屈服准则的方法。
由王先军等研究分析可知，只要选用的D-P系列屈服准则对应的Lode角氏能反映产生滑动的区域的受力状态，是能够得到较为理想的结果的。
一些对于抗滑稳定影响不大的部位，即使其应力状态与所选用D-P系列屈服准则对应的氏有一定差距(有时即使较大)，也不会对结果造成太大影响。
因此，在稳定分析中选用合适的D-P系列屈服准则时应先明确产生滑动的区域以及滑动区域的受力状态，然后再采用对应的D-P系列屈服准则进行计算。
明确滑动区域的问题相对来说比较简单，因为在稳定分析中采用不同的D-P 系列屈服准则得到的强度储备系数可能不同，但一般不会改变边坡和坝基的失稳模式，因此，采用任一D-P系列屈服准则就可以得到边坡和坝基的失稳模式，从而明确产生滑动的区域。
明确滑动区域受力状态的问题相对比较复杂，在强度储备系数为2.1之前，θb平均值相对稳定在200左右，变化较小，而此时尾岩抗力体部位的大部分岩体还处于弹性状态，在强度储备系数为2.1以后，屈服区快速发展，氏平均值减小速度加快，很快过渡到失稳状态。
由于在整个降强度的过程中，θb平均值150-21.70之间变化，变化范围不大，并在强度储备系数为1.0时取到最大值21.7，而强度储备系数为1.0时尾岩抗力体部位均处于弹性状态，因此，可先采用弹性有限元计算，确定滑动区域的受力状态，根据滑动区域受力状态对应的氏平均值选用相应的D-P系列屈服准则进行计算即可。
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究众多科学家指出，19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪是地下工程的世纪。
可见地下工程的开发与利用将成为人类生存和发展的必然，其中地下水工建筑物在水利水电工程中占有重要地位。
我国有着极为丰富的水力资源，改革开放以来，我国水利水电工程取得了一系列瞩目的成就，已建成二滩、刘家峡、小浪底等工程，在建的有龙滩、拉西瓦、**、乌弄龙等水电站。
由于经济发展的需求，地下洞室正朝着单机容量大、厂房洞室跨度大、洞室群的规模大的方向发展。
对于高边墙、大跨度的超大型地下洞室群，不仅需要解决好在开挖过程中围岩稳定性问题，更要确保地下洞室群能长期安全稳定地运行。
因此，地下厂房的围岩稳定性评价是水利水电工程勘测、设计、施工运行中的主要问题之一。
地下厂房洞室发展现状我国在上世纪九十年代以前，所修建的地下洞室以20米以下的为主，近二十年来我国修建了许多大跨度的洞室，我国地下洞室边墙的平均高度已经和美国、挪威、奥地利等发达国家相当。
国内外地下厂房围岩稳定性研究现状我国水利水电地下工程围岩稳定性研究基本上是从围岩压力研究开始的。
五十年代初，水工隧洞直径不大（一般为 3-8 米），广泛采用普氏理论确定山岩压力，据此来评价围岩的稳定性。
从五十年代中期开始，根据岩石强度、岩体完整性、断层节理等不利组合以及裂隙夹泥，地下水的作用等实际情况来分析围岩稳定性和普氏坚固系数。
六十年代，由于地下洞室断面逐渐增大，开始采用弹性或弹塑性理论对围岩稳定性进行分析。
七十年代以来，开始程度不同地采用新奥法原理进行修建，用喷锚支护对围岩进行加固，大型地下厂房，除采用弹塑性理论对洞室围岩的应力和应变进行分析外，还对洞壁围岩变形进行观测；同时，对围岩表面应力和深部应力进行测试，分析地应力对围岩的作用。
八十年代以来，我国水利水电地下工程越来越多地采用围岩分类来评价围岩稳定性，八十年代末至九十年代初，除传统方法以外还出现了一些关于洞室围岩稳定性评价方面新的理论和方法，如灰色系统理论、神经网络系统、模糊数学理论以及数值法等，这些理论和方法的大量出现，在一定程度上丰富和提高了稳定性研究程度和可靠度。
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究首先，地下厂房洞室群围岩的稳定性评价是保证地下工程安全的重要前提。
地下厂房洞室群围岩的稳定性评价可以通过对围岩岩性、构造、地质构造等因素的全面分析来进行。
通过对地质地质调查、钻探岩芯描述、摇杆、频谱分析、震源震议等多种方法对围岩进行综合分析，从而获得围岩的力学特性及其时空变化规律，进而对围岩的稳定性进行科学合理的评价。
其次，稳定性分析方法是地下厂房洞室群围岩稳定性研究的核心内容。
地下厂房洞室群围岩的稳定性分析方法主要包括全面预处理和计算力学模型两个环节。
全面预处理包括洞室群围岩的划分、边界条件设置和位移问题的预处理等，其目的是为后续计算力学模型的建立提供一个合理的基础。
计算力学模型是对围岩本构关系、荷载、约束条件等进行建模和数值求解，以获得围岩的应力和位移变化规律。
在建立计算力学模型时，可以采用有限元方法、解析方法、模型试验等多种方法，以获得准确的计算结果。
在地下厂房洞室群围岩稳定性研究中，需要注意以下几个问题。
首先，要对地下厂房所处的地质环境进行全面的调查和分析，包括围岩的类型、构造特征、地下水情况等。
其次，要根据地质环境的特点，选择适当的稳定性评价和分析方法。
例如，在存在地下水的情况下，需要考虑围岩的水文力学特性对稳定性的影响。
此外，还应考虑洞室群围岩的变形与破坏机理，以及围岩与洞室结构之间的相互作用等问题。
综上所述，地下厂房洞室群围岩稳定性研究是一个复杂而重要的课题。
通过全面的地质调查、合理的稳定性评价和分析方法，可以提高地下工程的安全性和可靠性，为地下厂房的设计和施工提供科学依据。
浅析地下洞室围岩稳定性分析方法
圭 ｌ
济 学 以及 地 质 学等 的 多 方 面跨 领 域 学 科 ， 目前 还 没 有 比较 完
整 的理 论 和 预 测 治 理 措 施 ． 笔 者 通过 研 究 对 这 个 问题 提 出 了
析 场地 条件 与岩 体 变形 等 因素 ， 可对 工程 进 行 全 面 的 评 价 。
２ 地下洞 室围岩稳 定性 的定量分析方法
２ ． １ 解析 法
稳 定 性 计 算 。 目前 ， 围岩 分 类 法 大 约 为 ２ ０多种 口 ， 广 泛应 用 于
滑 坡 灾 害破 坏 损 失 评 价 滑 坡 灾害 破 坏 评 价 是 危 险性 分 析 和 易损 性 分析 基 础 上 计 算 不 同强 度 灾 害 可 能造 成 的份 额 损
不稳定块体 的具体位置 、 重量等 ， 并 确 定 岩 体 滑动 的 方 向 、 面
因此 ． 为 了开发 利 用地 下 空 间资 源 ， 提 高在 工程 实践 中的判 断 能
积等 ． 最 后 分 析 结 构 体 在 自重 力 与 工程 力作 用 下的 稳 定 性 。 岩 体 结 构 分 析 法具 有 简单 性 、 直观性 ， 在 计 算 机 中容 易 实 现 ， 可
程地 质 类 比 法 主要 结合 拟 建 地 下 洞 室的 工 程 情 况 ．进 行 分 析 动 态观 测 资料 ．依 据 类 似 条 件 的 已建 工 程 ．综 合 分 析 工程 地 质． 合 理分类不 同的围岩 ， 最后结合 工程特征 定性资料 ， 进 行 加 固设 计提 供 充 分 的依 据 。 结 合 块 体 理 论 的部 分 假 定 ． 综 合 分
深埋超大跨度地下洞室围岩稳定性研究
[１]
对于不同埋深下小净距隧
道的最优净距进行了研究ꎻ孙振宇 [２] 分析了垂直围岩压力与
单洞开挖宽度、埋深、净距的关系ꎻ耿招 [３] 研究了不同开挖方
法对于隧洞围岩稳定性的影响ꎻ但对于不同围岩等级深埋超
收稿日期:２０１９ － ０９ － ２３
作者简介:杨克克(１９９４ － ) ꎬ男ꎬ河南洛阳人ꎬ硕士ꎬ主要研究方向:结
出ꎬ利用有限元分析技术ꎬ应用于边坡稳定性分析中ꎬ通过减
ｅｒｎｓꎬａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｇｒａｄｅｓ
状态ꎮ 抗剪强度折减系数定义为ꎬ在外荷载不变的情况下ꎬ
ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃａｖｅｒｎｓ. Ｉｎ
部分组成ꎮ 地下建筑主要为斜井、竖井、实验厅及附属洞室ꎬ
实验厅最大埋深约 ７００ ｍꎬ实验厅内水池内径 ４２. ５ ｍꎬ上部起
拱跨度为 ４８ ｍꎬ为深埋大型地下洞室ꎮ
工程区地层区划属华南地层区东江分区ꎬ地层发育较
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｏｆ
ｄｅｅｐ ｂｕｒｉｅｄ ｓｕｐｅｒ － ｌａｒｇｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃａｖｅｒｎ
深埋超大跨度地下洞室围岩稳定性研究
杨克克
( 华北水利水电大学ꎬ河南 郑州 ４５００４５)
摘 要:在深埋超大跨度地下洞室的开挖过程中ꎬ若支护方
大跨度地下洞室破坏形态的研究较少ꎬ本文尝试引用强度折
式和开挖方法不合理ꎬ易导致坍塌、大变形等失稳破坏现象ꎬ
减法的有关成果 [４
保证洞室的稳定性是施工过程中的核心任务ꎬ而现阶段国内
遍布节理对地下洞室群围岩稳定性的影响研究_冷先伦
第42卷第9期2009年9月土 木 工 程 学 报C H I NA CI V I L ENG I NEER I NG J OURNALV o.l 42Sep . N o .92009基金项目:国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目(90715042)、国家科技支撑计划项目(2006BAB04A06)、院方向性项目(KZCX2-Y W-109-3)作者简介:冷先伦,博士,助理研究员收稿日期:2008-04-22遍布节理对地下洞室群围岩稳定性的影响研究冷先伦 盛 谦 朱泽奇 张勇慧(中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,湖北武汉430071)摘要:因地质条件的复杂性,导致节理、断层、裂隙等弱面较为发育,致使在对大型地下洞室群围岩稳定性研究中很难全面考虑各弱面对稳定性的影响,因此我们通过引入遍布节理模型,同时考虑岩块和节理属性,使研究更加符合岩体状态及工程实际。
介绍可考虑岩体中节理弱面的遍布节理弱面模型及其在有限差分程序中的实现,选取佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房洞室群作为工程实例,对比分析洞室围岩在莫尔-库伦模型和遍布节理模型两种条件下的位移、应力状态和塑性区发展情况。
在引入遍布节理模型后,洞室壁水平位移值增长显著,主应力值有一定程度增加,而围岩顶拱和底板变化不明显,只略有加大,在洞室交接处,应力集中现象较明显。
运用正交设计方法,选取六种不同走向和倾向的遍布节理弱面,研究遍布节理弱面的走向和倾向对围岩变形的影响。
研究结果表明,遍布节理弱面对地下洞室群围岩稳定性有较大影响,当其方向与断层弱面方向垂直且与洞室群成斜交时,影响最大。
关键词:遍布节理模型;地下洞室群;围岩稳定;正交设计;FLAC 3D 中图分类号:TU 473.5 文献标识码:A 文章编号:1000-131X (2009)09-0096-08E ffect of ubiquitous joints on the stability of surrounding rockm ass ofm ulti ple underground cavernsL eng X i a nl u n Sheng Q i a n Zhu Z eq i Zhang Yonghu i(I nstit u te of Rock and So ilM echan ics ,t h e Ch i n ese A cade m y of Sc iences N ationalK ey Laboratory o f SoilM ec han ics and Engineeri n g ,W uhan 430071,China)A bstract :C o mp lex ity of geolog i c al cond iti o ns leads to deve l o pm ent o f w eak planes inc l u d i n g j o i n ts ,fractures ,andfau lts ,and m akes it d ifficu lt to consi d er the effects o f a ll t h ese types of w eak p lanes .The ubiqu itous -j o i n t m ode lconsi d er i n g the effect o f jo i n tw eak planes i n rock m ass i n FLAC 3Dis introduced .The fuzili n g pum ped storage hydropo w er stati o n is taken as an exa m ple for num erical ana l y sis ,and t h e displace m en,t stress and plastic y ielding reg i o n of the surrounding rock m ass o f the underground cavern group are analyzed by app lying t h e M ohr -C oulo m b m odel and theub i q u itous -j o intm ode,l respecti v ely ,in FLAC 3d.For the ub i q u itous -j o int m ode,l the horizonta l disp lace m ent o f the cavern w a ll and the princ i p al stress are greater than t h ose by M ohr -Cou lo mb m ode,l but the i n creases are not ev i d ent i n the cro wn and floor o f under g r ound caver n .M oreover ,the stress concentration can be easily observed i n the i n ter m ed iate reg ions bet w een the caverns .S i x types of ub i q u itous -j o int w eak planes w ith d ifferent stri k es and d i p s are chosen by un ifor m design to study t h e effects o f str i k es and d i p s on the defor m ati o n o f the surrounding rock m ass .The resu lts sho w tha t ub i q u itous -joint w eak plane sign ificantly affects the defor m ati o n of the surroundi n g rock m ass ,and the effect is m ax i m a lwhen the ub i q u itous -j o intw eak planes are perpendicu lar to the fault plane and oblique to the caver n group .K eywords :ub i q u itous -j o i n t m ode;l under g round caver n g r oup ;stab ility of surr ound i n g rock m ass ;un ifor mdesign ;FLAC 3DE -m ai:l lengx ianlun @to m.co m引 言大型水利水电工程地下洞室群结构分析问题具有以下主要特点[1-3]:¹地质条件和地质构造的复杂性(三维空间的非均质性、不连续性,存在软弱夹层、断层、裂隙及层间错动带);º具有预应力/结构0特性第42卷第9期冷先伦等#遍布节理对地下洞室群围岩稳定性的影响研究#97#(存在以压为主的地应力,在开挖时引起卸荷或加载);»岩体的强度和变形特征未知,特别是/峰值后0的性质至关重要;¼具有可变性和不确定性。
地下洞室围岩稳定性评判方法新探讨
I
0.73
1.23
1
1.78 2.29
II
1.34
1
2.57 3.32
1.78
2
3.49 4.52
III
3.79 10～25
2.41
1
3.47 4.32
2
4.72 5.88
3
6.16 7.68
IV 10.73 20～60
8.36
2
16.40 17.51
3
21.44 22.88
4
(1. Institute of Geotechnical Engineering，Xi'an University of Technology，Xi'an，Shaanxi 710048，China； 2. State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering，Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute，
K2
=
1+ u E
sin ϕ (γ
H
+
cctgϕ )
(4d)
K3
=
⎜⎛ ⎝
R r
⎟⎞2 ⎠
(4e)
式中：R 为塑性区半径。
式(4a)可用来计算围岩塑性区半径为 R 时的洞
顶沉降临界值，R 可初步按系统锚杆长度 L 来考虑。
工程应用中，可将 R = L+r 代入式(4a)确定出临界沉
降值 δ顶 ，如果实测沉降值大于此值，即可认为洞室 将会失稳。
收稿日期：2005–04–18；修回日期：2005–07–12 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50479023) 作者简介：李 宁(1959–)，男，博士，1982 年毕业于西安理工大学水利水电工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩体动力学、冻土力 学及隧洞、边坡稳定性分析等方面的教学与研究工作。E-mail：ningli@
地下洞室围岩稳定性评价方法的适用性研究
地下洞室围岩稳定性评价方法的适用性研究【摘要】围岩稳定性是反映地下洞室地质环境、支护结构与施工方法的综合性指标。
本文归纳了力学分析法、围岩分类法、数值分析法、模型试验法、不确定性方法等5种常用的围岩稳定性评价方法，分析了各种方法的优缺点及其适用性，讨论了今后的研究发展方向。
【关键词】地下工程；围岩稳定性；适用性1. 引言地下洞室围岩丧失稳定性，从力学观点来看，是由于围岩应力水平达到或超过岩体强度范围较大，形成一个连续贯通的塑性区和滑动面，产生较大位移，最终导致失稳。
主要破坏形式分为脆性张裂破坏、塑性挤压流动破坏和剪切流动破坏等几种，因此围岩稳定性研究的实质是分析与评价岩体介质的应力和变形。
应用弹塑性理论、流变理论，并考虑围岩节理、裂隙的计算解来研究围岩稳定问题[1，2]，使得围岩稳定性分析方法更为贴切实际。
然而在对不同地质条件、埋深、跨度、施工方法等的地下洞室围岩稳定性进行分析时，应考虑评价方法的适用性，有益于选择出合理的围岩稳定性评价方法。
2. 围岩稳定性评价方法及适用性分析2.1力学分析法。
（1）围岩压力理论主要经历了古典压力理论、散体压力理论及目前广泛应用的弹性力学理论、塑性力学理论，地下洞室开挖后由于卸荷作用使围岩应力进行重分布，并出现应力集中。
如果围岩应力处处小于岩体弹性极限强度，这时围岩处于弹性状态；反之，围岩将部分进入塑性状态，但局部区域进入塑性状态并不意味着围岩将发生坍落或失稳。
（2）力学分析法对于规则的圆形断面求解较为精确，参数也较易确定，但当洞室是非圆形时，就需要通过保角变换将单位圆外域映射到洞室外域，而洞室的映射函数是问题的求解关键。
力学分析法具有精度高、分析速度快和易于进行规律性研究等优点，但分析围岩应力和变形目前多限于深埋地下工程，对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋地下工程围岩稳定性分析在数学处理上存在一定困难。
特别当岩体应力、应变超过峰值应力和极限应变，围岩进入全应力应变曲线峰后段的刚体滑移与张裂状态时，它便不再适用。
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其 中 为岩 土 材料 的 内摩 擦角 。
上述三 种 屈服 准 则在 盯平 面投 影如 图 １ 示 。 所
Ｍｏ ｒ ｏ ｌｍｂ屈 服 准 则 的 屈 服 面 是 一 个 六 边 形 ｈ —Ｃ ｕｏ
蓄爹 ， ｒ
／
／ ／
／
／ ／ ／ ／ ／
锥 体 ， ｒｃｅ —Ｐａｅ 屈服准 则 的屈服 面是 Ｍｏｒ Ｄｕｋｒ ｒｇｒ ｈ— Ｃ ｕｏ ｏｌ ｍｂ六 边 形 锥 体 的 内 切 圆 锥 ， ｉ ｋｅ ｉ Ｚｅ ｉｗｃ ｎ ｚ— Ｐ ｎｅ 服准 则则 是对 Ｍｏｒ ｏ ｌ ａｄ 屈 ｈ —Ｃ ｕ ｍｂ六边形 锥 体 ｏ
对 于 洞室 岩 体 目前 采 用 弹 塑性 或 粘 弹 （ ） 塑 性
并 用双 曲线 近 似 屈 服面 在 ｚ平 面 Ｅ的投 影 得
到：
＝ 一ｓｎ ｉ ＝ａ２ ｉ 一Ｃ Ｃ ｎ‘ 一 ２ ＯＳ ａｓ
模型进行模拟分析 。常用的弹塑性模型屈服准则有
三 种 ： ｈ —Ｃ ｕｏ Ｍｏｒ ｏｌｍｂ准 则 、Ｄ ｕｋｒ—Ｐａｅ 服 ｒｃｅ ｒｇｒ屈
…
ｃｓ 。
稳 定分 析 与支 护设计 直 接关 系 到 电站 的安全运 行 和 工 程投 资 ， 因此 对 地下 洞 室群 的 围岩 稳 定 性 研究 分 析 非 常重要 。
一
其中０ 为罗台应力角 ， 其取值范 围为 ：
＂
ｒ ＜ ｒ
在地下 洞 室群 的 围岩稳 定性 研究 中除 了吸取 专 家 的意见 和 已建工 程 的经 验 外 ， 行 围岩 稳 定性 力 进 学 数值 分 析研 究也 是 一 种 方 法 ， 其 对 较 大 规模 的 尤
杂 ， 挖及 支 护工程 量 巨大 ， 开 地下 厂房 洞 室群 的 围岩
为：
－ ０ １ 十 ０ ２ －
．
Ｃ 。ｃ ￣ ＋ —■ ｏｓ ｐ
ｓ ｎｐ ｌ ￣
以应力 不变 量及 偏应 力不 变量 表示 的屈 服 函数
３１ｓ ￣ １ｎ ｏ－（ 伽 ＋ ｉ ｉ ｉ ｃ ｎ ｎ ）
０＂ — ０＂ １ ２
—
目前 ， 随着 高 新 技术 的发 展 和 电 站装 机 规模 的 增大 ， 出现 了许 多大 型 和 巨型水 电站 ， 其地 下 厂房 洞 室 群 的规模 越 来 越 大 。这 些 洞 室 群 的 洞 室密 集 ， 主 要 洞 室边墙 高 、 度 大 ， 跨 而且 地 质 条 件 往 往 较 为 复
摘
要 ： 电工程 的地下洞室群 围岩稳定性数值分析是研究洞室群布置及 围岩稳定性的重要手段之一 ， 水 而影 响地下工程 围岩稳定
性数值计算分析成果准确性和合理性 的因素众多 。本文仅从不 同屈服准则的选取这一 因素 ， 利用有 限元计 算结果 ， 重点分 析了不 同屈服准则对 围岩破坏 区、 洞周位移 、 洞周应力及锚杆 、 锚索应力等方面 的影响 。
水 电站 设 计 第 ２ 卷 第 ３ ７ 期
Ｄ Ｈ Ｐ Ｓ
２０１１年 ９月
采 用 不 同屈 服 准 则 对 地 下 洞 室 群
围 岩 稳 定 性 数 值 分 析 成 果 的 影 响 研 究
邓 瞻 ， 龚少 红 ， 张恩 宝， 侯 攀
（ 中国水 电顾 问集 团成都勘测设计研究 院， 四川 成都 ６０７ ） １０ ２
关键词 ： 地下洞室群 ； 围岩稳定性 ； 数值分析 ； 屈服准则 ； 有限元分析 ； 电工程 水
中图法分 类号 ： ｖ７ １６ Ｔ ３ ． 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ３—９０ （ ０ １ ０ ０ ７ １０ ８５ ２ １ ）３— ０ ９—０ ４
１ 前
言
准 则和 Ｚｅ ｋｅ ｃ Ｐ ｎ ｅ 服 准则 。 ｉｎ ｉ ｚ— ａ ｄ 屈 ｗｉ （ ） ｈ — ｏ ｌｍｂ屈 服准 贝 ： １ Ｍｏ ｒ ｃ ｕｏ ０
洞 室 群来说 更 有必 要 。而影 响地 下工 程 围岩稳 定 性
６
～＿ｓ（ ・） ＿ ≤ １ 詈
， ｄ ＋ ＝ｏ 。 一 ０ ｋ＝
（ ） ｒｃ ｅ — ｒｇ ｒ 服准则 ： ２ Ｄ ｕｋ ｒ Ｐａ ｅ 屈
数 值计 算 分析 成果 准 确 性 和 合 理 性 的 因素众 多 ， 主 要 包 括 ：１ 计 算 方 法 因 素 ， 计 算 模 型 （ 维 和 三 （） 如 二 维 ） 屈服 准则 、 构关 系 的选 取等 ；２ 计 算 荷 载 模 、 本 （） 拟 因素 ， 初 始 地 应 力 、 流 作 用 等 ；３ 施 工 模 拟 如 渗 （） 因素 ， 如对 爆 破 、 期 开挖 等 ；４ 支 护 方 式 的模 拟 分 （） 及 施 加 时序等 。本 文仅 从不 同屈服 准则 的选 取这 一 因素 ， 简要 分 析其 对 地 下 工程 围岩 稳 定 性 数 值 计 算 成 果 准确性 和合理 性 的影 响 。
收 稿 日期 ：０ １ ６—３ ２ １ —０ ０
作者简介 ： 邓
瞻（ ９ ９ ， ， １７ 一） 男 湖北襄樊人 ， 硕士 ， 工程师 ， 主要从事水工结构设计研究工作。
７９
卢＝ ｃ。 １ ｏ ‘ ２ ｓ ｃ ｓ ｎ ｐ
个空间 ８结点单 元 。有 限元计 算模 型见 图 ２３ 、。
的外修 圆。
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（ ） Ｃ Ｚｅ ｋｅ ｃ ３ Ｏ． ． ｉ ｉ ｚ—Ｇ． Ｐ ｎ ｅ屈服 准贝 ： ｎ ｗｉ Ｎ． ａ ｄ ０
Ｆ（） 南 ＝ ｍ ｆ ＋ － ０ Ｆ ＝ ＋） 譬＋ √
－ ０ ＝ Ｊ １＝ １ ０ ／３ ＂
）
２ 常用 的弹塑性岩体强度判别准则