《地下结构稳定问题》PPT课件

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1、4.4地下结构稳定分析主要方法1、地质分析法2、工程类比法3、岩体结构分析法4、数值分析法5、地质力学模型试验法1、地质分析法通过地质勘测手段，了解与围岩稳定有关的岩石、岩体特性，区域与局部地质构造、岩体地应力场、地下水等等几个主要因素的特点，通过区域综合分析，确定洞室稳定性。这往往是地质人员使用的主要方法2、工程类比法根据拟建的工程区域的地质条件、岩体特性和工程特征，通过与类似条件下已经建成的、成功或失败的地下工程实例的对比，进行验算和综合分析，从而判断拟建的地下结构工程的围岩稳定性。3、岩体结构分析法了解岩体结构和弱面强度性质，以及地应力分布情况

2、后，可根据地下结构设计和施工方案确定所谓“工程力”，即由施工开挖、建造引起的卸载或加载力。再借助赤平极射投影、实体比例投影、或块体坐标投影法等进行图解分析，初步从几何关系和运动学角度判断岩块的稳定。在上述步骤的基础上，再采用极限平衡理论，对由“弱面”和凌空面组成的“可能的布稳定块体”进行稳定性校核计算，求出块体上的抗滑力和滑动力之间的比值，即得到块体的稳定安全系数。这种方法实际上也形成了数值方法中的块体分析理论的基础。4、数值分析法(1)数值分析方法的类型伴随电子计算机的应用而发展起来的现代计算力学数值分析方法，现在已经成为地下洞室围岩稳定分析的最重

3、要的手段之一，在近三十年的时间里，发展速度之快、应用范围之广都是惊人的。用于连续介质的有：有限单元法（FEM）、边界单元法(BEM)、拉格郎日元法(FLAC，FastLagrangionAnalysisforContinua,2Dand3D)；用于非连续介质的有：关键块体理论（KBT,KeyBlockTheory）、离散元法(DEM,DiscreteElementMethod)、不连续变形分析法(DDA,DiscontinuedDeformationAnalysis)；可同时用于连续介质和非连续介质的数值流形法(MEM,NumericalManifo

4、ldMethod)等等。上述各种方法之间的耦合方法(Coupling)，基于逆向思维而提出的上述各种方法的反演分析(InverseAnalysis)方法，以及与优化理论相结合的反馈分析(FeedbackAnalysis)方法，目前也在地下洞室稳定分析中得到广泛的应用。但是，应用最广、最可靠、结果最稳定的还当属有限元方法。(2)应用有限元法进行洞室稳定分析的注意点(a)二维分析时，首先应根据厂区的地质资料做好厂房横剖面的选定工作，要注意寻找最危险的地质横剖面，尤其应注意那些不利的地质构造面的位置。(b)根据地质资料，确定岩体及构造面的力学参数，及可能的

5、变动范围。(c)地应力的确定，可根据有限的地应力实测资料对厂区的地应力场作回归分析，结果正确与否，在于对试验洞或初期开挖阶段实测位移的拟合情况。(d)由于岩体类型的差异，其变形及强度性质干变万化，相应的本构模型也种类繁多。所用有限元程序的本构模型和破坏准则应能模拟岩体的实际情况。理想的模拟比较困难，但应使模型和岩体实测资料在大部分岩体的工作范围内可较好地拟合。数值方法研究的最新进展不但体现在对较为成熟的数值方法，如有限元、边界元、离散元法等的不断更新和发展，对现有大型商业程序的二次开发，同时也体现在不断有新的算法和程序的出现。如对三维离散元和三维DD

6、A程序成功开发，以及刚体有限元法、广义有限元法、运动单元法、界面元法、无单元法的提出等等。用于系统优化和人工智能方法的遗传算法、蚁群算法、细胞发生器算法和模拟退火算法等等。5、地质力学模型试验试验研究方法包括现场试验方法和室内模型试验方法，也是保证地下工程正确设计、安全施工的必不可少的一种研究方法。它与数值计算方法相辅相成，互相验证，优势互补。近年来也有很大进展。大型三轴刚性伺服实验机已经较广泛地用于岩石材料全应力路径参数测定。电镜扫描和CT技术已用于岩体材料的微观或细观结构研究。各种地应力测量技术，如应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除法、

7、水压致裂法、声发射法、X射线法、重力法等也广泛应用于地下洞室工程。就二维和三维物理模型试验来说，由于模型是真实的客观物理实体，更能真实地全面地反映出各种结构在空间和时间上的相对关系，以及它们在施工或运行过程模拟中的力学性征，因而历来在水利水电工程设计中受到重视。水力学模型试验、泥沙模型试验、研究坝体和基础共同作用的地质力学模型试验等，已经有了较为成熟的试验技术，并取得了丰富的成果。地质力学模型试验方法即按照一定的相似理论，采用适当的模型材料，模拟实际的岩体结构、材料特性、地应力场分布和地下结构工程开挖及支护方式。通过接触或非接触测量手段，了解地下结构

8、围岩的变形分布、应力分布、屈服破坏形态和破坏过程，从而对地下结构稳定性作出评价和预测。但是地下洞室工程的模型