龙游大型古地下洞室群1～5号洞水文地质与工程地质条件研究

一个超浅埋大型古地下洞室群于1992年在浙江省龙游县被四个农民发现。该洞室群的发现引起了各方面专家和学者的广泛关注。但从发现至今已出现了多种破坏现象,如顶板脱落、洞间壁坍塌、柱子拉张或剪切破坏以及由于渗水导致的洞室围岩的干湿交替引发的风化现象等等。本文从工程地质调查入手,对龙游古地下洞室群的工程地质条件、水文地质条件等进行了分析,为下一步的保护工作提供地质基础。     

龙游牛场古地下洞室群岩柱的长期抗拉强度反演

在龙游县上畈村附近的牛场有一处由2个洞室组成的古地下洞室群。现场调查发现,在其中1号洞的岩柱1上出现了一条竖直的张开裂缝。据分析,这是上覆岩层对该岩柱施加过大荷载的结果,这一发现为本文研究岩体长期抗拉强度提供了条件。作者即以根据牛场古地下洞室群1号洞内岩柱1的拉裂现象为研究对象,根据最大拉应力论来反演岩体的长期抗拉强度。这不仅对长期强度研究具有理论意义,而且在古工程保护方面也具有应用价值。     

某大型地下厂房洞室开挖围岩稳定性研究

随着地下工程规模的不断扩大,洞室开挖后围岩稳定性出现了不少新的问题,开挖施工方案在技术方面面临新的挑战.本文以某水电站地下厂房开挖后围岩的稳定性为研究目标,采用三维弹塑性有限元分析方法,对有无支护和不同开挖顺序开挖后洞室围岩稳定性作了详细的研究分析和评价.对洞室拟采用的开挖方案、锚固参数和支护方案的可行性进行了分析论证.本文主要包括这几方面的内容:采用有限元方法反演某水电站地下厂房厂区初始地应力场.按不同方案对某水电站地下厂房洞室群的开挖过程进行了三维弹塑性有限元模拟,切实地反映了锚固支护对围岩的加固作用和地下厂房洞室群支护参数的合理性,对不同开挖方案作了仔细的分析评价.计算结果表明,该洞室群在洞室布局、开挖顺序和支护参数等方面是合理的,各主要洞室群的稳定性总体较好.     

某大型地下洞室群围岩稳定性分类研究

根据地下洞室群的特点 ,选取岩体质量综合级别、块体状况、开挖位移及破坏区、岩爆烈度四因素为分类指标 ,建立了大型地下洞室群围岩稳定性分类体系。针对不同稳定性等级 ,提供了相应的开挖方式和支护处理建议。最后 ,运用该分类体系对某地下洞室群的主厂房进行了分析评价。     

澜沧江某电站左岸地下洞室群围岩稳定性的FLAC~(3D)分析

在岩体结构模型概化的基础上,采用FLAC3D数值分析方法,系统研究了澜沧江某大型水电站大跨度、高边墙地下洞室群开挖完成后围岩的二次应力场、变形场和塑性破坏区的变化特征。总结了地下洞室群围岩应力、变形和破坏区的分布特征和变化规律,为洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了基础资料和参考依据。     

清江水布垭水电站地下厂房岩体质量评价及反馈设计研究

考虑地下水 ,地应力及结构面产状和岩溶、剪切带发育的特点修正 ,确定了水布垭水电站地下工程洞室工程岩体质量 ,进行了地下工程的 RMR分类研究 ,讨论了与水布垭地下工程反馈设计及信息法施工的有关问题。     

地下工程中的正交有限元分析方法及其应用

介绍了正交有限元试验分析方法的基本思想,并将其应用到地下工程设计方案优化中,得到了许多对工程有意义的结论;用该方法分析了某矿大洞室的锚喷参数优化和地下采场回采方案选取两个实际问题,证明该方法可以应用于处理地下工程设计中的方案优化问题。     

关于龙游石窟4号洞4-2号岩柱长期抗剪强度反分析问题的讨论

对于地下工程来说,围岩的长期抗剪强度从来是工程设计者和研究者所关心的课题。但历来仅根据持续时间十分 有限的试验来确定。因此从某种意义上说,由这类试验所得到的,并非真正意义上的长期抗剪强度。所以,本文提出的根据 龙游大型古地下工程即龙游石窟岩柱(包括柱础)的剪坏现象反算岩柱的长期抗剪强度的成果,是很有理论价值的。本文将 以龙游石窟4号洞的4-2号岩柱为对象作古地下工程岩柱长期抗剪强度的反演研究。为了在反演中能进一步考虑剪切面上 各部位的应力变化,作者还借助于FLAC-3D分析结果对不同部分分别进行研究,从而取得了较好的反演结果。     

水电站地下厂房大型岩体洞室的抗爆性能

通过大量的数值模拟试验,以洞室岩体和混凝土衬砌结构的损伤为指标,研究了水电站地下厂房这类大型岩体洞室在强地表爆破荷载作用下,洞室埋深、围岩岩体强度和地应力对洞室抗爆性能的影响。数值计算中,洞室岩体和混凝土衬砌均采用弹塑性损伤本构模型,同时考虑了几何非线性效应。研究结果表明:对于水电站地下厂房这类高边墙洞室,浅埋深洞室的抗爆性能较差,深埋深洞室的抗爆性能较强;岩体强度越高,洞室的抗爆性能越强;当地应力侧压因数λ1时,随地应力侧压因数的增大,洞室的抗爆性能显著下降。 更多还原     

城市地下工程中的环境岩土工程问题

近年来, 随着城市人口的急剧增长, 交通与住房拥挤状况日趋突出, 在我国一些大中城市中, 道路交通隧道、地铁工程、地下商城等地下工程建设项目在逐年增多。由于城市工程环境特殊性和地下工程的特点, 在其施工过程中经常出现基坑失稳 (明挖 )、地面沉降、岩溶塌陷、洞室失稳、巷道突水等多种环境岩土工程问题, 不仅严重影响地下工程建设和周围建筑物环境安全, 而且给国家造成重大经济损失。这一问题已引起岩土工程领域很许多专家的关注, 并成为该领域的研究热点。本文结合南京市区地下工程建设的实际情况, 探讨城市地下工程环境岩土工程问题的特点和形成机理, 并提出解决地下工程环境岩土工程问题的方法和建议。     

岩溶区土洞发育机制的分析

岩溶区地下水或地表水的活动 ,将对土层产生潜蚀作用及崩解作用 ,进而形成土洞。真空吸蚀作用 ,有利于土洞的发育扩大。地下水位的变化 ,将使土洞周围土体的应力状态发生改变 ,并有可能导致土洞周围土体产生塑性破坏 ,使土洞进一步扩大甚至塌陷.     

大当量浅埋地下爆炸抛掷成坑效应的缩比模拟实验装置

针对当前地下爆炸物理模型实验无法模拟大当量地下爆炸抛掷弹坑和疏松鼓包现象的难题,基于相似理论,采用地下爆炸效应真空室模型实验方法,研制了考虑重力影响的大当量地下爆炸效应模拟实验装置。整套装置由容器罐体、快开门密闭机构、爆源系统、真空泵组、量测控制系统等组成,提出的新型爆源模拟装置可以实现精确起爆控制。该装置可模拟0.1~100 kt TNT、埋深20~400 m范围内不同比尺的地下核爆炸成坑和隆起实验,同时也能够模拟不同装药配置方案、不同地质条件下的大当量地下浅埋化爆抛掷实验。典型的核爆抛掷成坑模型实验结果表明,装置实验参数精确可调,实验过程可控,实验结果可信,为钻地核武器地下爆炸毁伤效应分析和大型工程爆破效果预测预报提供了实验室模拟和科学研究设备,填补了爆炸离心机无法模拟大当量地下爆炸抛掷成坑效应的空白。     

二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源的研制

针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题，基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理，自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳，释放球内高压气体，以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数:高压气室充气压力4 MPa，玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa，能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明，该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的功能需求，且具有较高的安全性、可控性和可操作性，为开展相关模拟试验提供了新的技术方法。     

倒虹吸形成深饱水带大型充填溶洞的典型实例——圆梁山隧道毛坝向斜深饱水带特大型充填溶洞的形成及充填物成灾机制分析

圆梁山深埋特长隧道是渝怀铁路越岭线路方案的关键性控制工程,隧道总长11.070km。隧道穿越四周被志留系和泥盆系泥岩包围的二叠系及三叠系碳酸盐岩构成且受众多NW～NWW向横张断裂切割的毛坝紧密向斜。穿越毛坝向斜碳酸盐岩长度约2.2km。地表多为岩溶洼地及槽谷,岩溶泉、泉群、暗河多出露于横张断裂端部碳酸盐岩与下伏泥岩接触带。泉出露高程,亦即向斜岩溶水局部排水基准面,多在850～900m以上。隧道高程低于局部排水基准面400～450m。隧道施工开挖揭示,向斜核部和东翼在隧道洞身附近当地地下水位400m以下发育有3个罕见的特大型充填溶洞。其中平切面积达6000m2充填有紫红色粉细砂的2#溶洞多次发生涌砂突水灾害,总涌砂量高达6×10⁴m³。3#溶洞则发生过极其特殊的黏性土爆喷型突出灾害。初步综合分析认为：向斜核部的层间滑脱和纵向张裂隙以及东翼茅口碳酸盐岩中部的层间错动带,被NW～NWW向横张断裂所交切,为岩溶水的深循环提供了较通畅的原始通道; 横断层间的水头差,导致岩溶水在此通道中做倒虹吸循环; 长期差异溶蚀使原始导水能力强的裂隙或断裂发展为溶洞,其中的水流转化为管道流。强烈溶蚀冲刷与顶板坍塌导致向斜核部吴家坪组碳酸盐岩中的层间滑脱与纵向张裂隙分别发育为1#、2#溶洞,东翼茅口碳酸盐岩中的层间错动带则发展为3#溶洞; 后因深部径流条件改变而被充填,形成现今这种罕见的深饱水带特大型充填溶洞。     

An analytical solution for underground structure-country rock dynamic interaction

In this paper according to the results of a great quantity of tests and numerical calculations, it is pointed out that the surrounding rock with thickness of 1/3 span has mechanical characteristics of a thick flexural member in underground rock cave subjected to transverse blast loading. However, it approaches the stress state of free field outside country rock and the equation of thick plate theory under the loading of free field pressure may be applied to the solution of this problem. Therefore, the underground structure-country rock dynamic interaction may be described by dynamic equations of flexural members of thin plate and thick plate, which express linear and country rock respectively. The interaction force between the liner and country rock is expressed as contacting pressure function q(x, l). By solving system of simultaneous equations, the analytical solution for the dynamic analysis of arch-straight liner including elastic half space interaction effect is given and the analytical expression of function q(x, t) is obtained. This analytic solution will contribute to the study of some substantive problems of underground structure-medium dynamic interaction theoretically. (Instutute of Engineering Mechanics, Academia Sinica)     

Gas Leakage Prediction Model of Large-Scale Explosions in Hard Rock Based on Quantification Theory

The toxic gas produced by the underground large-scale contained explosions have a great impact on the surrounding environment safety of the explosion project, so it is of great significance for the safety protection design to predict the leakage of the explosion gases to the environment. Based on the study of the one-dimensional spherically (axially) symmetric fluid dynamic model for seepage of the underground contained explosion gases, the qualitative and quantitative variables which impact the gas seepage, such as the explosion cavity, the gas pressure in the cavity and the rock mass permeability, among which the qualitative variables can describe the uncertainty of the geological mass, were analyzed. In accordance with the physical significance of variables and the quantification theory, the qualitative variables were quantified and such details as the principle for variable selection, significance assessment and recurrence test to establish a quantification prediction model, etc. were discussed. Based on 15 test samples on the hard rock conditions, we have established a quantification model for prediction of the contained explosion gases leakage at the specific site. The prediction accuracy of this model can meet the requirement of this project, and according to this model, it is known that such qualitative factors as groundwater status and rock properties have significant influence on the gas leakage. In this study, the prediction model is established based on physical analysis so that the quantitative prediction model could have its rationality and effectiveness well ensured, and the research methods and results in this paper could be promoted and applied in the similar engineering practices.     

基于时域自适应算法的单向粘弹性节理岩体的等效分析

在粘弹性节理岩体的数值仿真中,必需合理地计及节理的影响.若将节理与岩体作为独立的材料组分考虑,在节理密集的情况下,时空两方面的计算开销可能是很难承受的.本文通过时域展开技术与一个简单的等效假定,得到了递推格式的粘弹性单向节理岩体的等效本构关系,及等效场的递推求解格式,并由此数值模拟了一个粘弹性节理岩体中的洞室,计算结果与考虑独立组分的ANSYS粘弹性分析进行了比较,二者的计算平均误差约为11.03%,但前者的计算效率为后者16.81倍.本文工作有可能为粘弹性节理岩体的数值模拟提供一条新的途径.     

A new Method for Measuring Mode-I Dynamic Fracture Toughness of Rock under Blasting Loads

Experimental Techniques - Blasting excavation method by using explosive is still widely applied in mining and quarrying, and therefore, rock dynamic fracture toughness under blasting loads is one...