本文關鍵詞：復雜條件下巖體應力綜合分析及巖爆控制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：地應力是巖石工程及地下建筑建設的基本地質條件之一,初始地應力場特征是否可靠,將直接影響工程可靠性與安全性。地應力受地質構造、地形地貌和剝蝕作用、巖石力學性質、地下水及溫度等因素的影響,而且各種影響因素之間關系復雜,更加劇了地應力分布的復雜性；且西部水利水電工程的深埋地下洞室一般處于高地應力或者極高地應力環(huán)境中。因此,本論文結合中央級公益性科研院所基金項目“極高應力條件下洞室圍巖應力測量與分析方法研究”、國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)課題“高地應力區(qū)工程卸荷滑坡演化與致災機理,(2011CB710603)、國家自然科學基金重點項目“深部巖體工程特性的理論和實踐研究”(50639090)和科研項目“基于爆破卸壓的地應力快速釋放方法的巖爆防治效果模擬研究”四個課題,以四個遞進工作“極高應力條件下巖體應力測試、小尺度工程范圍的隧洞圍巖應力場反演分析,大尺度工程區(qū)巖體應力場非線性系統(tǒng)分析以及高應力環(huán)境中巖爆控制措施”為主線系統(tǒng)地開展了測試理論研究、試驗方案論證以及工程應用研究相結合的模式展開工作。主要研究內容及相關成果如下：(1)針對極高地應力地區(qū)巖體地應力測量遇到的困難,基于復變函數(shù)法推導出切槽位移和應力的函數(shù)關系；通過有限元模擬計算進行合理性論證,提出了適合極高地應力環(huán)境的新的地應力測試方法——洞壁切槽解除法,并成功將該方法用于錦屏二級水電站A線輔助洞南側的2#科研試驗洞圍巖應力場研究中。(2)根據(jù)圍巖“開挖前→開挖→強松弛區(qū)圍巖弱化→弱松弛區(qū)圍巖弱化”過程中的4個應力演化過程,結合非線性優(yōu)化求解算法,建立了基于圍巖應力與其它應力信息的初始應力場的反演方法,并將該方法用于錦屏二級水電站4#引水發(fā)電洞圍巖初始應力場的反演分析研究中。(3)位于西部深切河谷區(qū)的白鶴灘、烏東德、小灣、松塔及二灘水電站壩址區(qū)巖體應力測試和分析結果顯示：河谷走向與區(qū)域主壓應力方向的夾角越大、河谷底部巖體應力集中現(xiàn)象更趨強烈；硬質巖體利于地應力的積蓄,而由于斷層的擾動效應,斷層附近巖體應力量值和方位均出現(xiàn)明顯的變化。(4)鑒于常規(guī)的巖體應力場分析方法在復雜條件下的巖體應力場模擬研究中的局限性,本論文提出了應力場非線性系統(tǒng)分析應用方法：將深切河谷應力場作為一個復雜的非線性系統(tǒng),結合現(xiàn)場地質條件、測試部位巖體(組)質量、正交設計和智能優(yōu)化反演方法,建立數(shù)值計算模型邊界條件(自重系數(shù)、構造應力的大小和方位)與地應力之間的非線性映射關系進行優(yōu)化求解。該方法克服了以往進行應力場邊界條件求解過程中僅考慮部分因素或沒有全域求解的缺點。(5)根據(jù)白鶴灘水電站深切河谷壩址區(qū)初始應力場非線性分析結果,應力測試值和計算值的復相關系數(shù)R=0.89,且勘探支洞開挖過程中出現(xiàn)的片幫現(xiàn)象與計算結果相符。因此,采用該方法進行白鶴灘水電站工程區(qū)巖體應力場模擬分析是合理可行的。(6)根據(jù)測試和研究分析,白鶴灘水電站電站地下廠房部位巖體應力量級屬于中～高應力水平。左岸地下廠房最大水平主應力方位一般為NEE向,右岸地下廠房區(qū)應力量值大于左岸廠房區(qū),且隨深度的增加逐漸向受區(qū)域構造應力控制,即最大水平主應力方位沿鉛直方向由NNE向向NWW過渡。河谷底部出現(xiàn)了明顯的“高應力集中包”現(xiàn)象,邊坡淺層巖體應力量值較低,巖體最大水平主應力方位與河流走向基本平行或成小角度相交,隨著水平埋深的增加邊坡巖體最大水平主應力方位向區(qū)域構造方位過渡。(7)采用顯式有限差分計算方法,對錦屏二級水電站引水隧洞采用基于爆破卸壓的地應力快速應力釋放的巖爆防治方案進行了模擬計算分析。模擬結果顯示爆破應力快速卸壓能有效的減輕巖爆部位圍巖的應力集中程度,進而使應力集中區(qū)向卸荷松弛區(qū)內部圍巖遷移,達到巖爆控制的目的。(8)依據(jù)Rusesenes巖爆應力判據(jù),對不同應力釋放方案的巖爆防治效果進行了對比分析。傾斜輻射孔方案和垂直超前孔方案可以分別避免開挖輪廓線附近和掌子面前方的應力集中,兩種方案均能降低巖爆發(fā)生的可能性。在錦屏二級引水洞施工現(xiàn)場進行了爆破試驗,應力釋放炮孔附近形成了卸荷松弛圈,其應力得到一定的釋放,與模擬結果相符。
【關鍵詞】：高應力 切槽解除法 巖爆控制 非線性系統(tǒng)分析
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU45
【目錄】：

• 作者簡介6-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-16
• 第一章 緒論16-27
• §1.1 研究意義及選題依據(jù)16-17
• §1.2 國內外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 地應力測試方法17-19
• 1.2.2 地應力模擬分析方法19-21
• 1.2.3 巖爆預防措施21-23
• 1.2.4 研究中存在的主要問題23
• §1.3 研究內容、研究方法和技術路線23-27
• 1.3.1 主要研究內容23-24
• 1.3.2 研究方法及技術路線24-25
• 1.3.3 主要創(chuàng)新點25-27
• 第二章 切縫解除法在極高應力條件下洞室圍巖應力測量中的應用27-48
• §2.1 基于部分恢復變形的切縫解除法基本原理27-33
• 2.1.1 洞壁二維應力測量27-31
• 2.1.2 洞室原巖三維應力測量31-33
• 2.1.3 部分恢復法巖體彈性模量測試33
• §2.2 切縫解除法有限元模擬與論證33-37
• §2.3 窄縫局部應力解除法測試流程37-38
• §2.4 切縫解除法在錦屏Ⅱ級水電站中的應用38-47
• 2.4.1 輔助洞表層巖體應力特征分析38-40
• 2.4.2 切縫解除法在輔助洞應力場研究中的應用40-47
• §2.5 本章小結47-48
• 第三章 基于圍巖擾動應力的初始地應力場測試及反演分析48-65
• §3.1 測區(qū)巖體質量評價48-49
• §3.2 切縫解除法測試方法的改進和論證49-52
• 3.2.1 卸荷巖體切縫解除法有限元模擬與論證49-52
• 3.2.2 測試工藝的改進52
• §3.3 測試成果分析52-53
• §3.4 基于圍巖擾動區(qū)應力測量結果的原巖應力反演方法53-59
• 3.4.1 反演分析流程53-54
• 3.4.2 有限元模型建立54-55
• 3.4.3 力學參數(shù)和本構模型的選取55
• 3.4.4 應力邊界條件和加載方式的選取55-57
• 3.4.5 非線性優(yōu)化求解方法57-59
• §3.5 反演結果分析59-63
• 3.5.1 應力邊界條件優(yōu)化求解結果59
• 3.5.2 圍巖應力演化過程分析59-63
• §3.6 地應力成果的工程應用63-64
• 3.6.1 地應力場與隧道軸線布置63
• 3.6.2 隧洞形狀討論63-64
• 3.6.3 施工過程中的巖爆問題及應對措施探討64
• §3.7 本章小結64-65
• 第四章 應力場非線性系統(tǒng)分析方法及其工程應用65-112
• §4.1 應力場的影響因素分析65-72
• 4.1.1 地形地貌及剝蝕作用65-66
• 4.1.2 構造應力66-69
• 4.1.3 巖體(石)力學參數(shù)69-71
• 4.1.4 斷層的擾動效應71-72
• §4.2 常用的應力場模擬分析方法72-74
• 4.2.1 位移反分析法72
• 4.2.2 側壓系數(shù)法72
• 4.2.3 多元線性回歸分析法72-74
• §4.3 應力場非線性系統(tǒng)分析方法74-78
• 4.3.1 場區(qū)及遠場構造應力對比分析74-75
• 4.3.2 信息源的組成及數(shù)據(jù)挖掘75-77
• 4.3.3 應力場非線性優(yōu)化求解77-78
• §4.4 白鶴灘水電站區(qū)域地質特征78-84
• 4.4.1 工程概況78-80
• 4.4.2 工程場區(qū)局部應力與構造應力場關系研究80-84
• §4.5 現(xiàn)場地應力實測結果分析84-91
• 4.5.1 測試情況簡介84-85
• 4.5.2 地應力測試結果分析85-91
• §4.6 地應力場特征信息提取分析91-95
• 4.6.1 工程場區(qū)構造應力信息91-93
• 4.6.2 巖石(體)力學參數(shù)93-94
• 4.6.3 應力測試結果的整理94-95
• §4.7 地應力場非線性系統(tǒng)分析95-105
• 4.7.1 三維有限元模型的建立95
• 4.7.2 力學參數(shù)的選取95-96
• 4.7.3 計算邊界條件的構建96
• 4.7.4 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡求解96-101
• 4.7.5 計算結果的校核和反饋101-105
• §4.8 地下廠房部位巖體應力分布特征105-111
• 4.8.1 上壩線左岸廠房區(qū)巖體應力場特征105-106
• 4.8.2 上壩線右岸廠房區(qū)巖體應力場特征106-107
• 4.8.3 下壩線左岸廠房區(qū)巖體應力場特征107-108
• 4.8.4 下壩線右岸廠房區(qū)巖體應力場特征108-109
• 4.8.5 壩軸線剖面地應力場分析109-111
• §4.9 本章小結111-112
• 第五章 高應力狀態(tài)下基于快速卸荷的巖爆控制措施研究112-134
• §5.1 錦屏二級引水隧洞應力場特征及巖爆問題112-117
• 5.1.1 引水隧洞區(qū)地質條件112-114
• 5.1.2 引水隧洞地應力預測114-115
• 5.1.3 引水隧洞巖爆問題115-117
• §5.2 基于爆破卸壓的應力釋放方案三維數(shù)值分析方法117-119
• 5.2.1 基于爆破卸壓的應力釋放方法防治巖爆的基本原理117
• 5.2.2 計算條件和巖體參數(shù)117-118
• 5.2.3 計算方案118-119
• §5.3 單排輻射孔方案一計算成果分析119-121
• 5.3.1 單排輻射孔方案一炮孔布置119-120
• 5.3.2 單排輻射孔方案一爆破后應力場分布規(guī)律120-121
• 5.3.3 單排輻射孔方案一爆破后塑性區(qū)分布規(guī)律121
• §5.4 單排輻射孔方案二計算成果分析121-123
• 5.4.1 單排輻射孔方案二炮孔布置121-122
• 5.4.2 單排傾斜輻射孔方案二爆破后應力場分布規(guī)律122-123
• 5.4.3 單排輻射孔方案二爆破后塑性區(qū)分布規(guī)律123
• §5.5 雙排輻射孔方案計算成果分析123-125
• 5.5.1 雙排輻射孔方案炮孔布置123-124
• 5.5.2 雙排輻射孔方案爆破后應力場分布規(guī)律124-125
• 5.5.3 雙排輻射孔方案開挖后塑性區(qū)分布規(guī)律125
• §5.6 垂直超前孔方案計算成果分析125-127
• 5.6.1 垂直超前孔方案炮孔布置125-126
• 5.6.2 垂直超前孔方案爆破后應力場分布規(guī)律126-127
• 5.6.3 垂直超前孔方案開挖后圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律127
• §5.7 巖爆防治效果對比評價及現(xiàn)場驗證127-133
• 5.7.1 傾斜輻射孔方案巖爆防治效果評價128-129
• 5.7.2 垂直超前孔方案巖爆防治效果評價129
• 5.7.3 巖爆防治效果現(xiàn)場驗證129-133
• §5.8 本章小結133-134
• 第六章 結論及建議134-137
• §6.1 主要結論134-136
• §6.2 建議136-137
• 致謝137-138
• 參考文獻138-144

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 于不凡;用孔底應變法測量巖體應力的平差計算[J];力學與實踐;1984年02期

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