大型水電站地下洞室群施工力學(xué)行為研究.pdf

1、二十一世紀(jì)是地下工程的世紀(jì),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,一大批水電工程地下洞室規(guī)模正朝著大埋深、大跨度、高邊墻方向發(fā)展,多個(gè)洞室交叉布置,形成龐大的地下洞室群。地下洞室群在施工過(guò)程中不僅會(huì)遇到復(fù)雜的地質(zhì)條件,而且面臨復(fù)雜的施工程序,不同的施工程序?qū)е聡鷰r體產(chǎn)生不同的應(yīng)力路徑,從而對(duì)成型后的地下洞室圍巖穩(wěn)定產(chǎn)生不同的結(jié)果,因而是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程。本文以筆者親歷的向家壩水電站地下洞室群工程為背景,基于非連續(xù)介質(zhì)理.論,從現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)、巖體力學(xué)試驗(yàn)、理論研究、現(xiàn)場(chǎng)施工因素、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等多方面開(kāi)展工作,對(duì)地下洞室群巖體施工前的優(yōu)化和施工過(guò)程中的力學(xué)行為進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究,主要包括以下內(nèi)容:
　　 (1)根據(jù)向家壩右岸地下洞室群巖體現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、試驗(yàn)資料以及實(shí)測(cè)地應(yīng)力結(jié)果,使用應(yīng)力回歸分析方法,首次采用基于非連續(xù)介質(zhì)理論的三維離散元法反演計(jì)算得到右岸地下洞室群圍巖初始地應(yīng)力場(chǎng),獲得了工程區(qū)巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)主要影響因素和分布規(guī)律,作為工程計(jì)算和監(jiān)測(cè)

3、分析的基礎(chǔ);
　　 (2)研究了地下洞室群開(kāi)挖過(guò)程中的能量耗散特征,首次將能量法引入向家壩地下洞室群圍巖施工方案的優(yōu)化計(jì)算評(píng)價(jià),結(jié)合計(jì)算得到的圍巖變形、應(yīng)力分布和塑性區(qū)分布特征,綜合評(píng)價(jià)多方案開(kāi)挖路徑下的圍巖狀態(tài),從而比選出最優(yōu)開(kāi)挖方案;基于評(píng)選出來(lái)的最優(yōu)開(kāi)挖方案,對(duì)地下洞室群擬定的四種錨固方案分別進(jìn)行計(jì)算分析和綜合評(píng)價(jià),得到最優(yōu)的錨固參數(shù)方案。結(jié)果為實(shí)際工程所應(yīng)用;
　　 (3)針對(duì)大斷面地下洞室開(kāi)挖跨度大,埋藏深,地

4、質(zhì)條件和施工程序復(fù)雜的特點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際監(jiān)測(cè)資料,采用三維離散元法研究了多個(gè)工作面推進(jìn)過(guò)程中的復(fù)雜施工工序下圍巖體力學(xué)特征,獲得了施工過(guò)程中的圍巖變形特征,主應(yīng)力大小、傾向和傾角隨工程開(kāi)挖的變化規(guī)律以及最大剪應(yīng)力的變化規(guī)律,并基于以上研究成果,首次提出了在復(fù)雜開(kāi)挖環(huán)境下,基于圍巖變形、主應(yīng)力值的大小、傾向、傾角以及最大剪應(yīng)力的變化過(guò)程,來(lái)確定大斷面地下洞室圍巖合理的支護(hù)時(shí)機(jī);
　　 (4)基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)和數(shù)值計(jì)算,系統(tǒng)研究了

5、大型地下洞室群不同開(kāi)挖時(shí)期的圍巖變形和地應(yīng)力變化規(guī)律;針對(duì)層狀巖體地下洞室圍巖出現(xiàn)的軟弱夾層現(xiàn)象,基于現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查、監(jiān)測(cè)資料分析和數(shù)值模擬,獲得了軟弱夾層對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定性影響的規(guī)律;發(fā)現(xiàn)了軟弱夾層在大型洞室不同部位分布時(shí),相應(yīng)部位穿過(guò)夾層的錨桿應(yīng)力值出現(xiàn)的一些規(guī)律性的現(xiàn)象;在以上研究方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合施工因素的分析,對(duì)地下廠房巖錨梁項(xiàng)部混凝土與圍巖交界部位出現(xiàn)的縱向裂縫這一新的工程現(xiàn)象,研究了裂隙的成因,提出軟弱夾層的存在是產(chǎn)生這一

6、裂縫的根本原因,施工因素為另一重要原因,并進(jìn)一步研究了裂隙的發(fā)展變化趨勢(shì)。分析結(jié)論為實(shí)際工程采用;
　　 (5)基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的5.12汶川地震波形、地下廠房圍巖變形和錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)等資料,借助離散元軟件UDEC,研究了地震力作用下地下洞室群圍巖不同部位的圍巖變形特征、塑性區(qū)分布和波速特征,獲得了大型地下洞室群不同部位圍巖在地震中的響應(yīng)規(guī)律。
　　 研究工作緊密結(jié)合工程實(shí)際,既以建立大型地下洞室群圍巖施工力學(xué)行為方法為目