大型地下硐室群围岩稳定性数值模拟分析——以金安桥水电站右岸硐室群为例

摘要

大型地下硐室群的稳定性直接影响水电站主厂房位置的选择、开挖和施工，直接关系到水电站的安全，是水电工程项目工程地质评价的重点内容。拟建金安桥水电站地下厂房位于枢纽区的右岸山体中。山体中断层、EP层(绿帘石、石英岩脉错动面)和表层的卸荷裂隙比较发育，地应力相对较高。这一系列潜在的问题对硐室的施工安全、硐室稳定、工期以及经济合理性都紧密相关。对这些问题的解决将是地下厂房建造的关键所在。 本文以金安桥水电站地下厂房大型地下硐室群为例，在现场地质调查的基础上，结合力学试验成果，介绍和分析了地下厂房的岩体性质与工程参数及t2、t3层以及其它断层的分布情况；利用RMR围岩分类法对地下厂房区围岩作出合理准确的分类，为地下洞室的稳定性分析和评价提供地质依据，并对未来地下硐室围岩开挖状况及支护均能提出适合的建议方案。 本文重点是对PD218平硐以及相关的平硐进行细致的编录、测量，掌握并分析平硐中的断层、节理等的发育分布规律，分析其与地下厂房硐室群的空间位置交接关系，从而建立了简化三维地质结构模型。首先利用赤平投影、实体比例投影以及块体分析方法，分析地下厂房不同位置硐室围岩可能的破坏模式，并进行稳定性评价；其次利用FLAC3D软件，对硐室群围岩变形与稳定性进行数值模拟，分析硐室群三维应力及应变空间分布情况；在此基础之上弄清应力集中和潜在破坏的区域。充分考虑到围岩变形破坏的硐室尺寸效应，对整个硐室群的稳定性逐段进行评价，并提出相应的工程处理措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

0.1研究的目的和意义

0.1.1问题的提出

0.1.2研究的目的和意义

0.2国内外研究现状、发展趋势及存在的问题

0.3研究技术路线

0.4论文主要成果

1工程地质条件

1.1区域地质概况

1.1.1自然地理特征

1.1.2地质构造背景

1.2地下厂房的地质特征

1.2.1地下厂房地形、地貌

1.2.2地下厂房岩性与地质构造

1.3地下厂房围岩力学性质研究

1.3.1岩石的物理力学性质

1.3.2岩体的物理力学性质

1.4地下厂房区水文地质特征

1.5地应力

2硐室围岩分类

2.1围岩分类方法

2.2分类结果

2.2.1岩体的完整性

2.2.2岩体结构类型

2.2.3岩石的强度特征

2.2.4岩体结构面特征

2.2.5岩体透水特征及厂房区地下水条件

2.2.6围岩分类结果

2.3岩体工程参数选取

2.3.1岩石力学试验成果

2.3.2按RMR围岩分类结果由经验公式估算参数

2.3.3岩体工程参数建议值

3厂房区应力场模拟

3.1 FLAC3D软件简介

3.2概念定义

3.3计算原理

3.4计算参数的选取

3.5应力场的模拟

3.5.1计算模型

3.5.2应力场模拟流程

3.5.3自重应力下的模拟结果

3.5.4构造应力场下的模拟结果

4硐室群数值模拟

4.1计算模型

4.1.1软层的模拟

4.1.2计算模型

4.2硐室开挖前的模拟结果

4.3硐室开挖后的模拟结果

4.3.1开挖后位移变化情况

4.3.2开挖后应力场分布情况

4.4不同施工顺序对硐室稳定性的影响

4.4.1先开挖主厂房和尾水调压室的模拟结果

4.4.2各硐室先后开挖的模拟结果

4.5小结

5硐室围岩稳定性分析

5.1地下厂房围岩可能的破坏模式

5.2典型地段围岩稳定性分析

5.2.1评价参数

5.2.2主厂房

5.2.3主变及电缆室

5.2.4尾水调压室

5.2.5主要硐室之间连接硐的评价

5.3小结

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢