相关工程: 

岩土三维设计

地下洞室稳定性评价

地下洞室稳定性评估可使用ItasCAD中的洞室模块。其建设目的是用于在前期阶段隧道工程选址和轴线布置过程中对围岩稳定性性质作参考评价,起到对工程方案进行宏观评估的作用,结合地质模块,洞室模块的功能还可以体现在跨专业综合利用方面,它可以将洞室布置(群洞效应)、地质条件、物探成果集于一体,提高风险评价过程中信息综合应用能力。该模块的主要功能包括:
(1)隧道围岩潜在破坏类型评价:在给定隧道轴线位置、断面尺寸的基础上,各部位对应的围岩质量和地应力场也一定,隧道开挖以后潜在问题类型因此也基本确定。系统将依据这四个方面的因素,采用经验统计成果给出每个洞段潜在问题(基本稳定、大变形坍塌问题、块体稳定问题、高应力问题)的判断结果;
(2)各洞段围岩安全性评价:针对潜在问题类型判断结果,就大变形问题和高应力问题展开风险程度的快速评价;
(3)隧洞风险程序的三维展示:依据稳定性分析成果对相应洞段进行配色显示,如深红色表示极高地应力风险洞段,直观展示工程条件;
(4)成果报告:模块的应用成果还包括文字报告,其中文字报告系模块依据内置文档模板自动生成,允许用户根据自身工作习惯自行编辑调整。
在给定洞室布置方案、各部位对应的岩体力学参数和地应力一定的情况下,隧洞开挖以后潜在问题的类型也得到基本确定,系统设计重点针对变形和高应力这两类普遍性问题而开展,而问题类型或性质的识别与判断是洞室分析的首要环节,特别是由此决定了稳定性分析特别是潜在破坏程度所采用的理论方法,因此系统引入如下判断准则:
1)σcm/σ< 0.45
2)σcm/σ≥ 0.45(3σ1-σ3)σci ≥ 0.6
3)σcm/σ≥ 0.45(3σ1-σ3)σci < 0.6
其中,σcm σ1分别为岩体抗压强度、断面最大主应力;σci 为岩石单轴抗压强度。
以上简述了ItasCAD洞室模块所采用的理论方法。以力学参数取值和地质预报章节案例为背景,下图给出了洞室模块功能的应用示意。左侧为隧洞模块分析界面,具体地,采用前述立方网围岩质量分级结果对给定洞段进行围岩性质分段,在指定地形面(或给定地应力状态)的条件下,系统即采用上述经验公式对隧道分段逐一开展稳定性分析。实际应用中,模块支持复杂地质条件输入,如不同洞段可具有各自的围岩性质和地应力状态。右侧为模块应用的成果表现形式之一,即采用着色机制对问题性质和严重程度加以区分,在本例中,红色、蓝色分别表示对应洞段有发生高应力、大变形破坏现象的潜在可能性。

场平标高设计

 

在电力、工民建等行业完成场地规划布置以后即可确定场地边界,将该场地边界导入到ItasCAD v3.0地质模型以后,调整场地边界高程,即可获得开挖区体积和填方区体积,系统内内置二者平衡的约束条件以后,即可获得满足要求的场平标高,完成场平标高设计。
场平标高设计时涉及到开挖边坡设计,虽然研发团队于2013年即开始了边坡设计功能的开发,完成了多种类型边坡轮廓形态参数化设计、不同坡段参数变化时自动过渡的漂移算法等研发工作,但尚未开展与地质条件相结合、自动选择坡角的相关工作,正是这一原因,场地标高设计功能将在ItasCAD v3.0后续小版本如v3.2中发布。
ItasCAD v3.0场地标高设计依赖地表面模型和场区边界轮廓形态等主要基本资料,在此基础上的设计过程如下:
(1)以初步估计的场地标高为出发点,按照边坡轮廓设计的需要进行必要的连接和打断编辑;
(2)按照挖方区地质条件(边坡结构、岩性和风化程度)选择合理的边坡参数(梯段坡角、坡高、马道宽等)进行边坡轮廓形态设计,直到完全伸出地表;
(3)与之相似地,按照相关标准进行填方边坡轮廓形态设计,直到完全延伸到地表以下;
(4)给定若干场地高程,分别进行挖方区和填方区体积计算(考虑松散系数)。然后采用二分法求得挖填方平衡对应的场平,并移动设计的边坡底板到设计高程位置;
(5)采用地形对边坡轮廓进行交切,删除多余部分。

岩土工程分析和设计

ItasCADItasca其他数值模拟软件的结合可用于岩土工程三维分析和设计,该功能将在ItasCAD v4.0中发布,其主要功能涵盖如下几个方面:
(1)增加岩土工程经验方法和解析方法(极限平衡、收敛约束解),按照规范要求针对日常工作中常规问题完成相关计算分析;
(2)内置UDEC等力学计算分析功能,针对比较复杂问题、尤其是节理岩体非连续变形和块体稳定问题,直接在三维地质模型上开展平面数值分析。特别地,流程化的设计将嵌入Itasca数值计算专家的经验,避免数值模拟过程的常见错误;
(3)开发与三维计算软件FLAC3D、3DEC软件双向接口功能,针对复杂岩土工程问题提供三维数值计算模型、并提供计算接口的导入接口,实现数值计算结果返回到地质模型、充分结合地质条件的综合分析,帮助提高数值模型成果的工程实用性。