本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜條件下巖體應(yīng)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(yīng)力是巖石工程及地下建筑建設(shè)的基本地質(zhì)條件之一,初始地應(yīng)力場(chǎng)特征是否可靠,將直接影響工程可靠性與安全性。地應(yīng)力受地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌和剝蝕作用、巖石力學(xué)性質(zhì)、地下水及溫度等因素的影響,而且各種影響因素之間關(guān)系復(fù)雜,更加劇了地應(yīng)力分布的復(fù)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(yīng)力或者極高地應(yīng)力環(huán)境中。因此,本論文結(jié)合中央級(jí)公益性科研院所基金項(xiàng)目“極高應(yīng)力條件下洞室圍巖應(yīng)力測(cè)量與分析方法研究”、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)課題“高地應(yīng)力區(qū)工程卸荷滑坡演化與致災(zāi)機(jī)理,(2011CB710603)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“深部巖體工程特性的理論和實(shí)踐研究”(50639090)和科研項(xiàng)目“基于爆破卸壓的地應(yīng)力快速釋放方法的巖爆防治效果模擬研究”四個(gè)課題,以四個(gè)遞進(jìn)工作“極高應(yīng)力條件下巖體應(yīng)力測(cè)試、小尺度工程范圍的隧洞圍巖應(yīng)力場(chǎng)反演分析,大尺度工程區(qū)巖體應(yīng)力場(chǎng)非線性系統(tǒng)分析以及高應(yīng)力環(huán)境中巖爆控制措施”為主線系統(tǒng)地開(kāi)展了測(cè)試?yán)碚撗芯俊⒃囼?yàn)方案論證以及工程應(yīng)用研究相結(jié)合的模式展開(kāi)工作。主要研究?jī)?nèi)容及相關(guān)成果如下：(1)針對(duì)極高地應(yīng)力地區(qū)巖體地應(yīng)力測(cè)量遇到的困難,基于復(fù)變函數(shù)法推導(dǎo)出切槽位移和應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系；通過(guò)有限元模擬計(jì)算進(jìn)行合理性論證,提出了適合極高地應(yīng)力環(huán)境的新的地應(yīng)力測(cè)試方法——洞壁切槽解除法,并成功將該方法用于錦屏二級(jí)水電站A線輔助洞南側(cè)的2#科研試驗(yàn)洞圍巖應(yīng)力場(chǎng)研究中。(2)根據(jù)圍巖“開(kāi)挖前→開(kāi)挖→強(qiáng)松弛區(qū)圍巖弱化→弱松弛區(qū)圍巖弱化”過(guò)程中的4個(gè)應(yīng)力演化過(guò)程,結(jié)合非線性優(yōu)化求解算法,建立了基于圍巖應(yīng)力與其它應(yīng)力信息的初始應(yīng)力場(chǎng)的反演方法,并將該方法用于錦屏二級(jí)水電站4#引水發(fā)電洞圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)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(yīng)力測(cè)試和分析結(jié)果顯示：河谷走向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向的夾角越大、河谷底部巖體應(yīng)力集中現(xiàn)象更趨強(qiáng)烈；硬質(zhì)巖體利于地應(yīng)力的積蓄,而由于斷層的擾動(dòng)效應(yīng),斷層附近巖體應(yīng)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(yīng)力場(chǎng)分析方法在復(fù)雜條件下的巖體應(yīng)力場(chǎng)模擬研究中的局限性,本論文提出了應(yīng)力場(chǎng)非線性系統(tǒng)分析應(yīng)用方法：將深切河谷應(yīng)力場(chǎng)作為一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、測(cè)試部位巖體(組)質(zhì)量、正交設(shè)計(jì)和智能優(yōu)化反演方法,建立數(shù)值計(jì)算模型邊界條件(自重系數(shù)、構(gòu)造應(yīng)力的大小和方位)與地應(yīng)力之間的非線性映射關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化求解。該方法克服了以往進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)邊界條件求解過(guò)程中僅考慮部分因素或沒(méi)有全域求解的缺點(diǎn)。(5)根據(jù)白鶴灘水電站深切河谷壩址區(qū)初始應(yīng)力場(chǎng)非線性分析結(jié)果,應(yīng)力測(cè)試值和計(jì)算值的復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.89,且勘探支洞開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)的片幫現(xiàn)象與計(jì)算結(jié)果相符。因此,采用該方法進(jìn)行白鶴灘水電站工程區(qū)巖體應(yīng)力場(chǎng)模擬分析是合理可行的。(6)根據(jù)測(cè)試和研究分析,白鶴灘水電站電站地下廠房部位巖體應(yīng)力量級(jí)屬于中～高應(yīng)力水平。左岸地下廠房最大水平主應(yīng)力方位一般為NEE向,右岸地下廠房區(qū)應(yīng)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(gòu)造應(yīng)力控制,即最大水平主應(yīng)力方位沿鉛直方向由NNE向向NWW過(guò)渡。河谷底部出現(xiàn)了明顯的“高應(yīng)力集中包”現(xiàn)象,邊坡淺層巖體應(yīng)力量值較低,巖體最大水平主應(yīng)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(yīng)力方位向區(qū)域構(gòu)造方位過(guò)渡。(7)采用顯式有限差分計(jì)算方法,對(duì)錦屏二級(jí)水電站引水隧洞采用基于爆破卸壓的地應(yīng)力快速應(yīng)力釋放的巖爆防治方案進(jìn)行了模擬計(jì)算分析。模擬結(jié)果顯示爆破應(yīng)力快速卸壓能有效的減輕巖爆部位圍巖的應(yīng)力集中程度,進(jìn)而使應(yīng)力集中區(qū)向卸荷松弛區(qū)內(nèi)部圍巖遷移,達(dá)到巖爆控制的目的。(8)依據(jù)Rusesenes巖爆應(yīng)力判據(jù),對(duì)不同應(yīng)力釋放方案的巖爆防治效果進(jìn)行了對(duì)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(kāi)挖輪廓線附近和掌子面前方的應(yīng)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(jí)引水洞施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了爆破試驗(yàn),應(yīng)力釋放炮孔附近形成了卸荷松弛圈,其應(yīng)力得到一定的釋放,與模擬結(jié)果相符。
【關(guān)鍵詞】：高應(yīng)力 切槽解除法 巖爆控制 非線性系統(tǒng)分析
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 作者簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 地應(yīng)力測(cè)試方法17-19
• 1.2.2 地應(yīng)力模擬分析方法19-21
• 1.2.3 巖爆預(yù)防措施21-23
• 1.2.4 研究中存在的主要問(wèn)題23
• §1.3 研究?jī)?nèi)容、研究方法和技術(shù)路線23-27
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.3.2 研究方法及技術(shù)路線24-25
• 1.3.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)25-27
• 第二章 切縫解除法在極高應(yīng)力條件下洞室圍巖應(yīng)力測(cè)量中的應(yīng)用27-48
• §2.1 基于部分恢復(fù)變形的切縫解除法基本原理27-33
• 2.1.1 洞壁二維應(yīng)力測(cè)量27-31
• 2.1.2 洞室原巖三維應(yīng)力測(cè)量31-33
• 2.1.3 部分恢復(fù)法巖體彈性模量測(cè)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(yīng)力解除法測(cè)試流程37-38
• §2.4 切縫解除法在錦屏Ⅱ級(jí)水電站中的應(yīng)用38-47
• 2.4.1 輔助洞表層巖體應(yīng)力特征分析38-40
• 2.4.2 切縫解除法在輔助洞應(yīng)力場(chǎng)研究中的應(yīng)用40-47
• §2.5 本章小結(jié)47-48
• 第三章 基于圍巖擾動(dòng)應(yīng)力的初始地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試及反演分析48-65
• §3.1 測(cè)區(qū)巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)48-49
• §3.2 切縫解除法測(cè)試方法的改進(jìn)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(cè)試工藝的改進(jìn)52
• §3.3 測(cè)試成果分析52-53
• §3.4 基于圍巖擾動(dòng)區(qū)應(yīng)力測(cè)量結(jié)果的原巖應(yīng)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(xué)參數(shù)和本構(gòu)模型的選取55
• 3.4.4 應(yīng)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(jié)果分析59-63
• 3.5.1 應(yīng)力邊界條件優(yōu)化求解結(jié)果59
• 3.5.2 圍巖應(yīng)力演化過(guò)程分析59-63
• §3.6 地應(yīng)力成果的工程應(yīng)用63-64
• 3.6.1 地應(yīng)力場(chǎng)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(guò)程中的巖爆問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施探討64
• §3.7 本章小結(jié)64-65
• 第四章 應(yīng)力場(chǎng)非線性系統(tǒng)分析方法及其工程應(yīng)用65-112
• §4.1 應(yīng)力場(chǎng)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(gòu)造應(yīng)力66-69
• 4.1.3 巖體(石)力學(xué)參數(shù)69-71
• 4.1.4 斷層的擾動(dòng)效應(yīng)71-72
• §4.2 常用的應(yīng)力場(chǎng)模擬分析方法72-74
• 4.2.1 位移反分析法72
• 4.2.2 側(cè)壓系數(shù)法72
• 4.2.3 多元線性回歸分析法72-74
• §4.3 應(yīng)力場(chǎng)非線性系統(tǒng)分析方法74-78
• 4.3.1 場(chǎng)區(qū)及遠(yuǎn)場(chǎng)構(gòu)造應(yīng)力對(duì)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(yīng)力場(chǎng)非線性優(yōu)化求解77-78
• §4.4 白鶴灘水電站區(qū)域地質(zhì)特征78-84
• 4.4.1 工程概況78-80
• 4.4.2 工程場(chǎng)區(qū)局部應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)關(guān)系研究80-84
• §4.5 現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果分析84-91
• 4.5.1 測(cè)試情況簡(jiǎn)介84-85
• 4.5.2 地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析85-91
• §4.6 地應(yīng)力場(chǎng)特征信息提取分析91-95
• 4.6.1 工程場(chǎng)區(qū)構(gòu)造應(yīng)力信息91-93
• 4.6.2 巖石(體)力學(xué)參數(shù)93-94
• 4.6.3 應(yīng)力測(cè)試結(jié)果的整理94-95
• §4.7 地應(yīng)力場(chǎng)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(xué)參數(shù)的選取95-96
• 4.7.3 計(jì)算邊界條件的構(gòu)建96
• 4.7.4 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解96-101
• 4.7.5 計(jì)算結(jié)果的校核和反饋101-105
• §4.8 地下廠房部位巖體應(yīng)力分布特征105-111
• 4.8.1 上壩線左岸廠房區(qū)巖體應(yīng)力場(chǎng)特征105-106
• 4.8.2 上壩線右岸廠房區(qū)巖體應(yīng)力場(chǎng)特征106-107
• 4.8.3 下壩線左岸廠房區(qū)巖體應(yīng)力場(chǎng)特征107-108
• 4.8.4 下壩線右岸廠房區(qū)巖體應(yīng)力場(chǎng)特征108-109
• 4.8.5 壩軸線剖面地應(yīng)力場(chǎng)分析109-111
• §4.9 本章小結(jié)111-112
• 第五章 高應(yīng)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(jí)引水隧洞應(yīng)力場(chǎng)特征及巖爆問(wèn)題112-117
• 5.1.1 引水隧洞區(qū)地質(zhì)條件112-114
• 5.1.2 引水隧洞地應(yīng)力預(yù)測(cè)114-115
• 5.1.3 引水隧洞巖爆問(wèn)題115-117
• §5.2 基于爆破卸壓的應(yīng)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(yīng)力釋放方法防治巖爆的基本原理117
• 5.2.2 計(jì)算條件和巖體參數(shù)117-118
• 5.2.3 計(jì)算方案118-119
• §5.3 單排輻射孔方案一計(jì)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(yīng)力場(chǎng)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(jì)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(yīng)力場(chǎng)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(jì)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(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律124-125
• 5.5.3 雙排輻射孔方案開(kāi)挖后塑性區(qū)分布規(guī)律125
• §5.6 垂直超前孔方案計(jì)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(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律126-127
• 5.6.3 垂直超前孔方案開(kāi)挖后圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律127
• §5.7 巖爆防治效果對(duì)比評(píng)價(jià)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證127-133
• 5.7.1 傾斜輻射孔方案巖爆防治效果評(píng)價(jià)128-129
• 5.7.2 垂直超前孔方案巖爆防治效果評(píng)價(jià)129
• 5.7.3 巖爆防治效果現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證129-133
• §5.8 本章小結(jié)133-134
• 第六章 結(jié)論及建議134-137
• §6.1 主要結(jié)論134-136
• §6.2 建議136-137
• 致謝137-138
• 參考文獻(xiàn)138-144

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

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本文編號(hào)：352431