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深埋硬岩隧洞开挖响应合理解译与监测优化

岩石力学与工程学报 2020年第S01期39卷 2818-2827页

作者：刘宁张春生单治钢褚卫江中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州310014 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州310014

在地下工程建设过程中,为及时了解围岩状态及其决定的支护型式,需要依赖于有效的监测方法和可靠的监测数据。锦屏二级深埋隧洞沿线以硬脆性大理岩为主,最大埋深达到2525m,75%以上洞段埋深超过了1 500 m,在如此复杂的地质环境下开挖14m... 详细信息

在地下工程建设过程中,为及时了解围岩状态及其决定的支护型式,需要依赖于有效的监测方法和可靠的监测数据。锦屏二级深埋隧洞沿线以硬脆性大理岩为主,最大埋深达到2525m,75%以上洞段埋深超过了1 500 m,在如此复杂的地质环境下开挖14m的大跨度隧洞,面临着巨大的工程风险,而监测方法的针对性和指示性与浅埋条件下存在较大差异。大理岩的压缩试验和现场开挖响应都揭示了完整大理岩开挖以后的主要响应不是变形,而是破裂。通过对锦屏二级深埋隧洞的变形、应力和声波测试成果的深入解译,表明围岩破坏时变形仍可能在围岩变形的控制标准范围之内,变形监测失去了预警的意义,而锚杆应力计对围岩状态的变化比多点位移计更加敏感,更具有预警价值,声波测试成果也与锚杆应力监测成果具有很好的一致性。最后,利用数值方法对围岩内部的应力状态进行详细描述,利用大理岩的脆–延–塑转换特征可以合理地解释变形与破裂之间的矛盾关系。

关键词：岩石力学深埋大理岩变形破裂应力状态声波测试

白鹤滩水电站隐晶质玄武岩力学特性及Hoek-Brown本构模型描述

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岩石力学与工程学报 2019年第10期38卷 1964-1978页

作者：张春生朱永生褚卫江刘宁中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州311122

依据白鹤滩水电站开展的室内单轴、三轴试验和声发射试验成果,探讨玄武岩峰前特征强度和峰后力学行为。玄武岩启裂强度为0.5~0.6倍峰值强度,损伤强度则与峰值强度接近,峰后具有显著的脆性性质和扩容现象,且峰后行为与围压变化近似非相... 详细信息

依据白鹤滩水电站开展的室内单轴、三轴试验和声发射试验成果,探讨玄武岩峰前特征强度和峰后力学行为。玄武岩启裂强度为0.5~0.6倍峰值强度,损伤强度则与峰值强度接近,峰后具有显著的脆性性质和扩容现象,且峰后行为与围压变化近似非相关。建立Hoek-Brown本构模型中塑性流动系数γ与岩石剪胀角Ψ之间的换算关系,论证模型针对玄武岩峰后脆性、扩容力学行为描述的适用性。工程应用表明,围岩剪胀特性对变形稳定性条件的影响与开挖响应应力路径密切相关。在应力集中区,剪胀特性愈突出、越不利于围岩稳定,而应力松弛区缺乏扩容所需的应力条件,剪胀特性及扩容不成为变形稳定的控制性影响因素。在深埋脆性岩体地下工程实践中,建议针对不同工程部位据此制定差异化支护设计方案。

关键词：岩石力学隐晶质玄武岩脆性岩石岩石扩容围压 Hoek-Brown本构模型

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岩爆风险下深埋长大隧洞支护设计与工程实践

岩石力学与工程学报 2019年第A01期38卷 2934-2943页

作者：刘宁张春生单治钢褚卫江中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州310014

岩爆风险下合理的支护设计能够有效防治和规避岩爆灾害的发生,减轻灾害造成的损失,确保人员和工程安全。但岩爆不同于普通的高应力破坏,有其特殊的诱发机制和控制策略。以世界埋深最大的锦屏二级水电站深埋隧洞为工程背景,基于不同类型... 详细信息

岩爆风险下合理的支护设计能够有效防治和规避岩爆灾害的发生,减轻灾害造成的损失,确保人员和工程安全。但岩爆不同于普通的高应力破坏,有其特殊的诱发机制和控制策略。以世界埋深最大的锦屏二级水电站深埋隧洞为工程背景,基于不同类型岩爆的诱发机制,对施工中存在的支护单元选择存在的问题进行深入探讨。并针对深埋大理岩破裂和脆–延–塑转换两点突出特性,分别从破坏深度与承载能力、能量释放量与吸能能力、变形量与变形适应能力3个方面,提出岩爆条件下需关注的支护能力,并对支护单元的特点和功能进行详细分析,提出适合岩爆条件下的支护单元选型方法,并利用非连续力学方法对围岩的破裂损伤特征进行深入分析。最后,对岩爆条件下支护优化设计方法进行讨论。相关研究成果和实践经验可以为类似工程设计提供参考。

关键词：岩石力学岩爆深埋隧洞支护设计锦屏二级水电站

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地下洞室群整体安全系数计算方法与工程应用

地下空间与工程学报 2021年第S1期17卷 433-438+497页

作者：吴家耀曹爱武刘加进褚卫江孟国涛浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

为解决大型地下洞室群整体稳定安全系数量化这一难题,吸取超载系数法和强度折减法评价边坡稳定的技术优点,提出了基于两种方法评价地下洞室群整体稳定安全系数的计算方法和评价指标。超载系数法不受岩土体力学本构模型的限制,可以通过... 详细信息

为解决大型地下洞室群整体稳定安全系数量化这一难题,吸取超载系数法和强度折减法评价边坡稳定的技术优点,提出了基于两种方法评价地下洞室群整体稳定安全系数的计算方法和评价指标。超载系数法不受岩土体力学本构模型的限制,可以通过放大数值模型某一个方向上的荷载来进行不同超载水平下的洞室稳定及安全系数分析;强度折减法一般基于Mohr-Coulomb等理想弹塑性的力学假定,通过不断折减岩土体的强度指标来计算得到洞室安全系数。地下洞室群稳定评价指标采用最大剪切应变增量是否贯通、变形速率是否收敛、锚索伸长率是否超设计标准等特征综合判断。超载系数法和强度折减法在以色列Kokhav Hayarden抽水蓄能电站地下厂房洞室群整体稳定安全系数分析的工程应用实例表明,洞室群整体稳定安全系数可以通过两种方法快速获得,并能考虑支护锚索的安全度特征。可为大型地下洞室群整体稳定安全系数求解和支护设计提供参考。

关键词：洞室群岩石力学整体稳定安全系数强度折减

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超深埋长隧道地应力场综合反分析方法与应用

中国公路学报 2018年第10期31卷 69-78页

作者：刘宁张春生褚卫江吴家耀陈平志中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州310014

在分析超深埋长隧道工程沿线地应力场时,大埋深、长洞线、复杂地质条件等因素增加了工程区地应力场的复杂性和认知难度,影响了地应力判断结果的准确性。锦屏山超深埋特长交通洞为中国埋深最大的交通隧道,最大埋深达到2 375 m、长度达到1... 详细信息

在分析超深埋长隧道工程沿线地应力场时,大埋深、长洞线、复杂地质条件等因素增加了工程区地应力场的复杂性和认知难度,影响了地应力判断结果的准确性。锦屏山超深埋特长交通洞为中国埋深最大的交通隧道,最大埋深达到2 375 m、长度达到17.5 km,水压致裂法、应力解除法等常规的直接地应力测试方法仅适用于洞口等浅埋位置,难以直接测得深部的地应力数值,进而影响对整个区域地应力场的判断,客观信息的缺乏决定了要从其他多个角度去评估地应力场状态。首先借助峰值强度和残余强度应力包络线,揭示了隧道周边不同位置处围岩开挖响应所对应的应力状态,提出了超深埋长线形隧道工程地应力场分析工作流程。在锦屏山交通洞工程实践过程中,综合采用宏观地质判断、现场破坏现象分析、测试成果指示、应力集中区推断等方法,对地应力场分布特征进行了评估和解译。另外,由于岩组、褶皱、构造、地形等条件导致局部地应力异常,采用非连续数值分析方法分析了结构面、褶皱2种代表性因素对局部地应力场的影响。最后,基于上述研究成果,建立考虑了地形、褶皱和主要断层的整体高精度三维模型,利用褶皱构造和断裂构造在现今构造挤压作用下的响应方式揭示了沿线地应力存在的分区现象,为超深埋长线形隧道工程的地应力场判断提供了更加准确便利的方法。

关键词：隧道工程超深埋长隧道反分析地应力锦屏山交通洞

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石英云母片岩各向异性特征多尺度精细化描述

岩石力学与工程学报 2018年第3期37卷 573-582页

作者：张春生刘宁褚卫江陈平志周勇中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州310014

丹巴石英云母片岩片理面发育,具有典型的各向异性特征。此外,现场石英云母片岩中还普遍发育大小不一的石英脉,导致各向异性特征更加复杂。因此需要同时考虑片理面、石英脉和节理裂隙网络的影响。首先,在小尺度的室内试验中,对岩石薄片... 详细信息

丹巴石英云母片岩片理面发育,具有典型的各向异性特征。此外,现场石英云母片岩中还普遍发育大小不一的石英脉,导致各向异性特征更加复杂。因此需要同时考虑片理面、石英脉和节理裂隙网络的影响。首先,在小尺度的室内试验中,对岩石薄片进行细观结构分析,并开展多组与片理不同夹角的加载试验,揭示石英云母片岩的变形模量和强度随片理角度的变化规律。以颗粒流方法 PFC(Particle Flow Code)为基础,采用光滑节理模型模拟片理面、颗粒体模拟岩石基质,从机制层面上实现片理面与岩石基质破坏过程的模拟,准确再现了室内试验结果。为了研究现场大尺度岩体的各向异性特征,利用三维数码摄像技术,现场采集并精细统计岩体结构尤其是石英脉的空间展布特征,并将该特征准确还原于数值模型中,开展不同尺寸、不同结构组成的各向异性特征研究,揭示变形参数和强度参数的变化规律,为工程岩体力学参数选取提供了重要依据。

关键词：岩石力学各向异性石英云母片岩多尺度颗粒流精细化描述

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XSiteTM

岩石力学与工程学报 2020年第3期 650-650页

全球首款基于离散格子理论和人工合成岩体技术研发的专业液压致裂数值模拟软件,实现对岩体受压裂作用诱发裂纹萌生和扩展过程的直观高效模拟。适用于石油/天然气/地热开发、核废料与CO;封存、采矿等行业自实验室至工程/区域尺度的相关... 详细信息

全球首款基于离散格子理论和人工合成岩体技术研发的专业液压致裂数值模拟软件,实现对岩体受压裂作用诱发裂纹萌生和扩展过程的直观高效模拟。适用于石油/天然气/地热开发、核废料与CO;封存、采矿等行业自实验室至工程/区域尺度的相关液压致裂机制、压裂方案设计和优化分析等研究应用。

关键词：液压致裂 XSite

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XSiteTM

岩石力学与工程学报 2020年第2期 434-434页

全球首款机遇离散格子理论和人工合成岩体技术研发的专业液压致裂数值模拟软件,实现对岩体受压裂作用诱发裂纹萌生和扩展过程的直观高效模拟。适用于石油/天然气/地热开发、核废料与CO;封存、采矿等行业自实验室至工程/区域尺度的相关...

全球首款机遇离散格子理论和人工合成岩体技术研发的专业液压致裂数值模拟软件,实现对岩体受压裂作用诱发裂纹萌生和扩展过程的直观高效模拟。适用于石油/天然气/地热开发、核废料与CO;封存、采矿等行业自实验室至工程/区域尺度的相关液压致裂机制、压裂方案设计和优化分析等研究应用。技术特点核心指标:裂纹无需预置,其萌生、扩展是工程、地质因素综合作用自然引致的结果;程序操作:按工程师软件定位研发,内置向导式流程化操作面板,易于快速掌握

关键词：

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深埋隧洞岩爆风险尺寸效应问题探讨

岩石力学与工程学报 2017年第10期36卷 2514-2521页

作者：刘宁张春生褚卫江倪绍虎中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州310014

岩爆是深埋工程建设面临的关键技术难题,岩爆风险的准确预测与评估至关重要。以全长超过16 km的锦屏二级7条不同洞径的深埋隧洞群岩爆实际发生情况作为统计依据,通过岩爆倾向性试验、应力状态、应力路径、蓄能深度、释放能量等多种方法... 详细信息

岩爆是深埋工程建设面临的关键技术难题,岩爆风险的准确预测与评估至关重要。以全长超过16 km的锦屏二级7条不同洞径的深埋隧洞群岩爆实际发生情况作为统计依据,通过岩爆倾向性试验、应力状态、应力路径、蓄能深度、释放能量等多种方法和指标,对岩爆风险中存在的尺寸效应进行了深入探讨。研究结果表明,以小尺度岩石力学性质为基础的岩爆倾向性评价方法,由于难以反映地应力条件的变化,因此具有一定的局限性,而采用应力和能量分析方法则能够较准确地揭示岩爆风险中存在的尺寸效应。基于对深埋大理岩力学特性的深入认识,结合应力路径、蓄能能力、释放能量等因素的分析,7 m洞径的排水洞较6 m洞径的交通洞和13 m洞径的引水隧洞具有更高的岩爆风险,证明岩爆风险与隧洞尺寸并不存在完全的线性对应关系,存在一定的尺寸效应。根据现场实际统计数据,无论岩爆段所占比例,还是强烈~极强岩爆比例,排水洞也均高于交通洞和引水隧洞,而交通洞与引水隧洞的岩爆频次和强度基本相当,与理论分析结果基本吻合。

关键词：隧道工程深埋隧洞岩爆风险尺寸效应锦屏二级大理岩