摘要：地下结构是水电站地下厂房抗震设计的关键,我国现行规范尚未对其抗震设计方法作出明确规定。结合汶川地震中映秀湾地下厂房结构震灾调查,采用拟静力法、反应谱法和时程法分别进行结构受力计算。结果表明,3种方法均能在一定程度上反应映力荷载作用下地下结构的破坏情况,为抗震设计提供理论依据。拟静力法计算结果偏安全,但其对顶拱、牛腿等局部结构计算有一定不合理之处;反应谱法能展现结构的薄弱部位,便于抗震加固,但在与围岩接触的结构分析中存在较大误差;时程法能精细反映地下结构的地震受力过程,计算结果与震害调查吻合较好,便于更为经济的工程设计。建议对安全级别高、规模大或处于高地震烈度区域的地下厂房结构采用时程法进行计算。

摘要：基于引水隧洞运行期受力机制,将运行期全过程分为3个阶段:钢衬单独承载,初始缝隙闭合阶段;衬砌未开裂,衬砌与围岩复杂接触联合承载阶段;衬砌开裂,内水外渗阶段。针对各阶段力学特性,分别提出钢衬单独作用弹性荷载求解方法、基于接触力法的衬砌与围岩联合承载分析方法以及考虑应力和损伤影响的渗透系数与渗透荷载计算方法。并据此编制三维有限元计算程序,对某引水隧洞运行期全过程进行数值模拟。研究结果表明:工程实例计算结果较为合理地反映高内水压力下引水隧洞运行期全过程受力特性,并为水工隧洞设计提供一种有效的分析方法。

摘要：为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响,考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性,建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法.首先,基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论,将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力,建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法.其次,针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点,建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法.将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算,对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果,结果表明,地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显;层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,接触面附近破坏区发展较大;考虑接触作用后,衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大,首先发生开裂损伤破坏,成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位,隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位.

摘要：针对混凝土循环荷载作用下的率相关性和疲劳损伤特性,提出考虑拉、剪损伤各向异性的混凝土动力本构模型,并推导出损伤变量动态演化方程;针对围岩与衬砌动力相互作用特点,提出考虑围岩与衬砌非连续变形的显式动力有限元积分方法;由此,构建地下厂房混凝土衬砌结构动力响应分析方法,并将该方法应用于映秀湾水电站地下厂房抗震稳定计算。衬砌结构各部位在地震下处于同步震动状态,其中衬砌顶拱应力和位移波动幅度较大;主厂房衬砌顶拱与边墙最大相对位移达到1.6 cm,说明主厂房发生了较为明显的结构变形;衬砌结构损伤区主要分布在顶拱处,其中拉裂损伤造成的损伤破坏较为严重;围岩对衬砌结构的约束作用有助于衬砌结构的抗震稳定性。应用上述方法所得的计算结果较为合理地反映了衬砌结构动力响应特征,可为地下厂房混凝土衬砌结构抗震设计提供参考。

摘要：复杂地下洞室围岩开挖扰动区的形成和发展具有明显的空间效应。岩体开挖扰动损伤总体上表现为岩体变形模量的劣化。考虑到基于厚壁圆筒弹性力学分析的弹性模量压力和半径相关模型的应用局限性,提出开挖扰动区岩体变形模量的半径-位移相关模型,并对模型的多洞室适用性和参数敏感性进行了分析。该模型实质上是一个参数场模型,通过变形模量劣化参数场分布量化揭示开挖扰动的空间效应。以瀑布沟水电站大型地下厂房洞室群工程为例,基于位移监测信息,应用半径-位移相关模型对主厂房围岩开挖扰动的空间效应及围岩稳定性进行了参数化分析。围岩变形模量劣化参数场沿厂房轴线具有明显的空间不均匀性,沿深度方向呈现指数函数分布特征。结果表明:该模型为开挖扰动区岩体变形模量参数的确定提供了合理的数值计算方法;通过岩体变形模量半径-位移相关模型参数化分析开挖扰动的空间效应,对于地下洞室施工期快速监测反馈和围岩安全稳定性评判以及支护优化设计具有显著的工程适用性。

摘要：准确和全面地预测隧洞开挖所引起的围岩变形是隧洞设计和施工中的一个关键问题。目前常用的确定性分析方法不能考虑岩体的空间变异性,而这种空间变异性对围岩变形计算结果的准确性和可靠性有着重要的影响。为此,提出采用非侵入式随机分析方法研究岩体空间变异性对围岩变形的影响。采用随机场模拟岩体的空间变异性,采用有限元计算围岩的变形,研究岩体弹性模量和侧压力系数的空间变异性对围岩变形特别是地表位移的影响。结果表明,非侵入式随机分析方法的优势在于有限元计算和随机分析不耦合。侧压力系数的空间变异性对围岩变形的影响远小于弹性模量的影响。由于低强度占优效应的影响,岩体的特征模量小于数学平均值。弹性模量随机场中横向和竖向波动范围参数对围岩变形有明显不同的影响。

摘要：库坝安全是水电工程成败的关键,高陡边坡规模巨大、服役时间长、安全标准高,设计、施工与运行的难度世界罕见,已成为制约水利水电工程建设与运行安全的关键科学技术难题。在回顾研究现状的基础上,紧扣高陡边坡性能演化与安全控制这一主题,以全生命周期为研究主线,阐明高地应力区高陡边坡岩体工程作用机制与效应、复杂环境下高陡边坡变形与稳定性演化机制、高陡边坡全生命周期性能评估与安全控制理论等关键科学问题及其重点研究内容,论述水电工程高陡边坡全生命周期安全控制研究的学术思路与技术路线,介绍部分阶段性研究成果,对高陡边坡开挖锚固与渗流控制等工程作用效应、高陡边坡岩体时效力学特性、边坡与坝体–库水相互作用与稳定性演化机制以及高陡边坡全生命周期性能评估与安全控制等进行展望。

摘要：深埋隧洞爆破损伤直接影响到隧洞施工安全,支护设计中也须着重考量,目前应力条件对爆破损伤产生机制的影响尚未完全揭示,且缺乏兼顾计算效率与计算精度的群孔起爆爆破损伤数值模拟方法。依托锦屏二级水电站辅助洞开挖,提出一种基于法向冲击荷载的爆破损伤模拟方法,通过数值模拟与损伤区原位监测的对比分析,分析了该方法的可行性;并基于该方法研究不同应力条件下爆破损伤孕育机制。结果表明,采用提出的法向冲击荷载可以有效模拟爆破开挖扰动作用下岩体的损伤效应,与传统爆炸荷载施加方法相比,模型最大网格尺寸与最小网格尺寸比值减小82%,计算时间减少50%~87%;隧洞开挖爆破损伤深度与应力水平具有明显的相关性,随着地应力的增大爆破损伤呈先减小后增大的趋势。地应力存在时,爆炸荷载的施加在一定程度上提高了围岩的屈服极限,具体表现为一定程度的地应力对爆破损伤起“抑制作用”。地应力水平较低(小于12.5 MPa)时,爆破主要造成拉剪损伤,而当地应力水平继续增大时,拉损伤受到抑制,爆破主要造成纯剪损伤。

摘要：深入研究爆生自由面对边坡微差爆破诱发振动峰值的影响,对爆破方案优化和安全控制具有重要指导意义。通过白鹤滩水电站边坡多段微差爆破试验,对同排第一段和后续段的爆破诱发振动进行对比分析,并采用SPH-FEM耦合方法,对同排不同段爆破的岩体破碎过程和诱发振动进行模拟。研究表明,在岩体条件和单段药量相同的前提下,爆生自由面对爆破诱发振动峰值有显著影响,多段微差爆破中同一排第一段爆破所诱发的振动幅值比后续段爆破的更大。在多段微差爆破设计过程中需要考虑爆生自由面的影响,从控制爆破振动的角度,同一排的不同段的控制药量并不相等,应适当减小同一排第一段爆破的段装药量。

摘要：通过分析前人研究岩体单元变形破坏过程中能量演化的试验数据,表明岩体单元的可释放弹性能储能极限与岩体单元所受应力状态和岩性有关;基于岩体单元整体破坏失稳的定义,推导了不同应力状态下岩体单元的整体破坏失稳准则;基于热力学第二定律和最小能量原理,提出地下洞室动静力失稳判别准则;运用有限差分数值分析软件FLAC3D,以完建期有无地震动作用的某地下隧洞工程为例,分别进行有无支护工况下地下隧洞的动静力稳定性分析。研究表明:该地下隧洞在所有静力工况和地震工况3下只会发生应力型局部失稳,在地震工况1和2下极有可能发生应力型整体失稳。无支护工况、施加喷锚支护工况和施加喷锚与二衬支护工况下的地下隧洞受地震动作用后洞周发生整体破坏的岩体单元体积分别增加了1 553.15、1 091.79、223.07 m^3,可知施加衬砌支护后发生整体破坏的岩体单元体积的减少幅度大于施加喷锚支护后发生整体破坏的岩体单元体积的减少幅度,表明衬砌支护的抗震效果好于喷锚支护。本文提出的地下洞室动静力失稳判别准则可作为采用数值模拟手段研究地下洞室动静力稳定性的有效判据,研究成果能为地下洞室的设计和施工提供有益参考。