摘要：围岩力学参数反演、围岩与支护结构力学响应的超前预测以及依据超前预测结果开展反馈设计是地下洞室工程信息化设计与施工中的关键技术环节。现阶段,参数反演效率较低,以及数值建模、参数反演与超前预测这一过程无法实现自动化,在很大程度上制约着信息化设计与施工的深入应用。为此,作者提出将优化效率更高的异步粒子群优化算法(APSO算法)应用于围岩力学参数反演,进而构建了地下洞室施工期围岩力学参数优化反演模型;提出文件分块与信息分组及顺序编码技术,实现了有限元正演分析数据文件的参数化自动生成与更新。在上述基础上,给出了地下洞室施工期围岩力学参数反演与力学响应超前预测的实现流程,开发了集数值建模、参数反演与超前预测于一体的自动化系统。算例分析验证了所提出方法与所开发系统的可行性与实用性。

摘要：引进一种新的地下洞室最优化分析计算方法——分布密度法,它直接以分布密度为设计变量来建立目标函数,进而以此寻找合适的几何形状。通过实例计算表明,该方法不仅物理意义明确,而且在优化计算过程中不需要反复确定洞室形状、反复划分有限元网格,简化了计算工作量。

摘要：岩体力学参数对地下洞室的施工和设计是极其重要的,通过位移反分析确定岩体参数的应用研究很多。为了提高参数反演的效率,采用均匀设计理论设计不同的反演参数组合,用有限元计算组建的样本集训练神经网络,根据洞室开挖过程中实测位移反演地下洞室岩体力学参数。基于面向对象、自适应、可视化三大关键技术,开发了地下洞室岩体力学参数反演有限元软件系统BAFES。该软件可实现地下洞室力学参数反演分析、开挖预报过程的可视化,将地下洞室岩体力学参数反演模式由“数据-有限元分析-数据”转变为“图形-有限元分析-图形”,结合现场监控技术和工程稳定分析,能及时地指导工程设计和施工。以某水电站地下厂房洞室群岩体力学参数反演为例,说明了该软件的实用性。

摘要：综合考虑初始地应力、渗流荷载以及岩体材料参数的随机性 ,采用非线性有限元的初应力法 ,基于偏微分技术 ,模拟地下洞室施工开挖步序 ,提出了地下洞室围岩可靠度对随机因素敏感性的计算方法 ,并对某一实际工程进行了计算 ,可以看出不同因素对围岩可靠度影响的差别很大。

摘要：为了评价在层间错动带C2影响下白鹤滩地下洞室群尾调室在地震作用下的稳定性,针对其在试验中表现出来的明显的延性及法向荷载依赖性等特征,一种非线性的连续屈服(CY)模型被采用,用来描述层间错动带在静力以及地震动力作用下的复杂力学特性。在CY模型中,非连续面的变形特性采用幂函数形式表述,并且考虑了剪切破坏过程中强度的渐进性破坏。CY模型预测的C2错动带的力学行为与试验获取的结果相比较差异非常小,证明了CY模型在静力作用下的适用性。基于位移非连续假设的应力波透射理论被用来论证CY模型在动态作用下的适用性,同时将结果与线性结构面本构模型的结果进行了对比。比较结果表明,CY模型预测的规律与已有文献利用其他非线性模型得到的结论基本相同,并优于线性本构模型,理论结果在数值软件中得到了验证。3条地震波在经过特殊的反应谱匹配处理后,对白鹤滩地下洞室左岸1#尾调室进行了地震动力响应分析。分析结果表明,C2错动带在地震作用下对尾调室的变形及稳定性有明显的控制作用。地震作用下洞室整体运动趋势以刚体位移为主,岩体间相对变形为辅。相对变形中,错动带C2的相对变形占据了较大的成分。C2的相对变形以接触面上下盘的切向错动变形为主,主要发生部位为洞室顺C2走向的部位;结构面上、下盘法向变形为辅,主要发生在洞室顺C2倾向部位。通过超载法,获取了洞室的地震动力安全裕度。当超载系数从2增加到3时,C2的剪切变形、洞室的塑性区指标均剧烈增加,显示洞室的安全裕度大约在2～3之间,即洞室最大可抗拒峰值加速度为438g～657g的地震动作用。研究结论可供地下洞室的抗震设计与分析参考。

摘要：岩体中大跨度地下洞室群支护设计是一个涉及地质条件、岩石力学、洞室形状、开挖方法等诸多因素影响的复杂非线性难题。为解决Q系统、RMR、设计规范等已有地下洞室设计系统在岩体强度、地应力、洞室几何特征等方面考虑的不足,提出一个包含岩体质量、岩体峰值强度、岩体残余强度、地应力、洞型特征和开挖施工方法6个因素全新的地下洞室设计指标D,并分别建立6个因素的定量评分表格,提出基于D值的地下洞室支护压力、洞室群岩柱厚度的经验设计公式,构建基于D值和洞室跨度确定地下洞室支护类型组合、锚杆、锚索、喷层等支护结构详细参数的设计系统,实现对地下洞室支护方案和参数的定量设计,并以国内外45个水电工程地下洞室支护设计、洞室群岩柱厚度设计为例对该经验设计系统进行验证,该系统可以作为指导地下洞室或洞室群设计的通用经验系统。

摘要：本文探讨对地下洞室形状进行优化设计的方法及其应用,提出了选择洞周特征点的偏差位移为目标函数,选择洞形的几何控制点坐标或洞形特征尺寸为设计变量,并能满足一定设计约束条件的优化分析方法。研制了有效地融网格生成技术、地下洞室开挖应力分析技术和优化计算技术于—体的计算机软件。通过理论阐述和实例计算验证了该分析方法的合理性与可行性,并用具体工程实例展示了该分析方法的应用前景。

摘要：针对高应力下大型硬岩地下洞室群突出的围岩灾害性破坏问题,在多个深部/高应力地下洞室群开挖方案与支护参数优化研究及实践基础上,提出高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性优化的裂化–抑制设计方法新理念及其基本原理、关键技术和实施流程。该方法认为高应力下地下洞室硬岩大变形与灾害性破坏本质上是其内部破裂发展和开裂的外在表现形式,为此建立以抑制硬岩内部破裂发展为关键切入点的理念,以硬岩的开裂测试分析、减裂开挖调整、止裂支护控制为三要素,提出:(1)通过系统地开展洞室群开挖方案优化分析,从开挖角度尽量减少和避免围岩开裂的规模、深度和程度技术体系;(2)通过支护参数、支护时机优化,从支护角度抑制围岩进一步裂化并强化松弛/开裂围岩的整体性从而抵抗地层压力,将围岩从被支护对象转换为承载结构,从而实现充分调动围岩自身承载性能来维护和再造围岩承载拱,达到工程安全、高效和经济的目标。拉西瓦水电站地下洞群开挖顺序优化、白鹤滩水电站地下厂房顶拱支护方案优化、中国锦屏深地实验室的围岩支护参数复核等工程实践表明了其合理性和实用性。

摘要：锚索支护系统是地下洞室围岩支护的主要类型之一,对于确保围岩稳定有着十分重要的意义。基于锦屏一级水电站地下厂房锚索支护工程实例,介绍洞室群的锚索支护设计和锚索负荷超限现象及统计成果,分析锚索超限的成因和降载措施。同时,给出锚索锁定吨位优化和变形控制复核的计算公式,推导出多锚头无黏结压力分散型锚索的应力计算公式。利用该计算方法,复核地下厂房锚索设计方案,并对超限锚索的安全性进行评价。

摘要：采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状的地下洞室对平面SH波散射的半解析解,利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组洞室断面样本,通过对30组地下洞室在平面SH波入射下地表动力响应的统计分析,研究了洞室断面形状随机性对地表响应的影响。研究表明,洞室断面形状随机性对波的散射具有重要影响。当洞室断面半径的变异系数为0.1时,地表位移响应幅值变异系数可达0.97。当入射频率较低时,变异系数比较小;而随着频率的升高,变异系数逐渐增大。当波垂直入射时,变异系数较小;当波水平入射时,变异系数最大;当波斜入射时,变异系数介于二者之间。当洞室埋深较小时,变异系数较大;随着埋深增加,变异系数逐渐减小。