枸皮灘水利樞紐地下廠房區(qū)地應(yīng)力場分析

第23卷第23期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)23(23)：4006～4011 2004年12月chinesejournalofrockmechanicsandengineeringdec.，2004 2004年3月29日收到初稿，2004年5月26日收到修改稿。 *國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(2002cb412708)及中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所前沿領(lǐng)域基金(q000216)資助課題。 作者梅松華簡介：男，29歲，2001年于長沙礦冶研究院獲采礦工程專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)為河北大學(xué)講師、中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所在職博士 研究生，主要從事巖石力學(xué)數(shù)值計(jì)算方面的研究工作。e-mail：msh_mail@sina.com。 龍灘水電站左岸地下廠房區(qū) 三維地應(yīng)力場反演分析* 梅松華1 ，2 盛謙

在龍灘地下廠房區(qū)工程地質(zhì)和試驗(yàn)洞變形監(jiān)測結(jié)果綜合分析的基礎(chǔ)上,建立地質(zhì)概化和試驗(yàn)洞施工開挖模型;采用地應(yīng)力場隨埋深變化呈線性分布的假設(shè),并根據(jù)地應(yīng)力測試成果,確定地應(yīng)力場的分布區(qū)間。在此基礎(chǔ)上,采用均勻設(shè)計(jì)方法和三維顯式有限差分法,通過模擬試驗(yàn)洞的開挖變形,對(duì)龍灘水電站廠房區(qū)巖體地應(yīng)力場進(jìn)行了三維變形反演分析。對(duì)比計(jì)算位移和監(jiān)測位移,計(jì)算各方案的位移目標(biāo)函數(shù),獲得了巖體地應(yīng)力場沿深度的分布規(guī)律。比較監(jiān)測與計(jì)算位移,兩者在量值上相當(dāng),在變形趨勢(shì)上也基本相同,而且實(shí)測與計(jì)算所得的地應(yīng)力值較吻合,表明所獲得的巖體地應(yīng)力場是基本合理的,同時(shí)說明此反演方法簡便、有效。

根據(jù)百色水利樞紐壩址地質(zhì)條件與升壓配電設(shè)備選型比較情況,結(jié)合工程布置概況,著重分析了地下洞室主變不進(jìn)洞和主變進(jìn)洞2個(gè)方案,最后得出地下洞室布置的最佳方案。

百色水利樞紐地下廠房巖壁梁開挖技術(shù)——百色水利樞紐地下廠房輝綠巖地質(zhì)構(gòu)造細(xì)微隱性節(jié)理發(fā)育、完整性較差，為保護(hù)巖壁梁開挖成型，施工中在傳統(tǒng)開挖方法的基礎(chǔ)上將巖壁梁的保護(hù)層和巖臺(tái)區(qū)分為二次開挖，取得了良好的效果，為不良地質(zhì)條件下的巖壁梁開挖闖出了...

百色水利樞紐地下廠房輝綠巖地質(zhì)構(gòu)造細(xì)微隱性節(jié)理發(fā)育、完整性較差,為保護(hù)巖壁梁開挖成型,施工中在傳統(tǒng)開挖方法的基礎(chǔ)上將巖壁梁的保護(hù)層和巖臺(tái)區(qū)分為二次開挖,取得了良好的效果,為不良地質(zhì)條件下的巖壁梁開挖闖出了一條新路子。

百色地下廠房洞室群滲控采用\"廠外堵排為主、廠內(nèi)排水為輔\"為原則的獨(dú)立防滲排水系統(tǒng)。該滲控方案壩基下灌漿帷幕與廠區(qū)灌漿帷幕之間是不連續(xù)的,留有很大的天窗,是否可行需進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。在該課題滲流場的有限單元法求解中,采用了固定網(wǎng)格求解有自由面滲流問題的結(jié)點(diǎn)虛流量法和排水孔排水子結(jié)構(gòu)技術(shù),在算法上較精確地確定和模擬所有地下洞室周壁面和計(jì)算域地表面中的可能滲流逸出面的真實(shí)大小和滲流狀態(tài),并由于采用仿真排水孔的孔徑、孔距和孔深等幾何參數(shù),因此能較真實(shí)地反映出排水孔的三維滲流特性。該工程的滲控設(shè)施現(xiàn)已經(jīng)歷了兩年運(yùn)行考驗(yàn),觀測數(shù)據(jù)與計(jì)算分析成果基本一致。說明該滲流數(shù)值分析方法符合實(shí)際,設(shè)計(jì)所采用的滲控方案可行,值得在同類工程中推廣應(yīng)用。

結(jié)合糯扎渡水電站地下廠房區(qū)域地形地質(zhì)條件,考慮了自重和地質(zhì)構(gòu)造作用兩個(gè)主要因素對(duì)初始地應(yīng)力場的影響,利用有限幾個(gè)測點(diǎn)的實(shí)測應(yīng)力資料對(duì)地下廠房區(qū)域內(nèi)的地應(yīng)力場進(jìn)行三維有限元回歸分析,揭示了該地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的初始地應(yīng)力場分布規(guī)律,為地下廠房的位置選擇和圍巖穩(wěn)定性分析提供了依據(jù)。

巖體初始地應(yīng)力場是影響巖體變形與穩(wěn)定的主要力源,也是巖土工程設(shè)計(jì)和施工中考慮的主要因素之一,尤其是在大型地下工程建設(shè)中顯得尤為重要。根據(jù)某水電站廠區(qū)的地質(zhì)條件及地應(yīng)力實(shí)測資料,運(yùn)用有限元數(shù)值分析方法,對(duì)壩址區(qū)初始應(yīng)力場進(jìn)行了回歸反演分析,通過多方案篩選,取得了較為客觀合理的初始地應(yīng)力場,為地下廠房的設(shè)計(jì)和施工提供了可靠依據(jù),其方法可供類似工程參考。

針對(duì)本工程獨(dú)特的水文地質(zhì)條件,論述廠區(qū)洞室的滲控設(shè)計(jì),采取在廠外設(shè)置一道排水孔幕并在其外側(cè)設(shè)置防滲帷幕的滲控措施。經(jīng)廠區(qū)滲流場計(jì)算分析,結(jié)果顯示所采取的滲控措施有良好的效果

結(jié)合某水電站地下廠房區(qū)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件以及實(shí)測地應(yīng)力資料,分析影響區(qū)域初始地應(yīng)力的因素;以ansys作為有限元計(jì)算工具,計(jì)算各影響因素下廠區(qū)地應(yīng)力值;在實(shí)測點(diǎn)勘察獲得的地應(yīng)力值與計(jì)算得到的地應(yīng)力值之間建立多元回歸模型,求出回歸系數(shù),從而獲取廠區(qū)初始地應(yīng)力場分布規(guī)律,為地下廠房設(shè)計(jì)與開挖施工提供了合理的三維初始地應(yīng)力場.

大崗山水電站地下廠房區(qū)三維地應(yīng)力場反演分析——初始地應(yīng)力場是地下廠房工程設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析的重要依據(jù)，通常工程區(qū)實(shí)測地應(yīng)力點(diǎn)較少，必須在有限的地應(yīng)力資料基礎(chǔ)上，采用反演分析方法獲得整個(gè)工程區(qū)地應(yīng)力場。結(jié)合大崗山水電站地形地貌條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，...

初始地應(yīng)力場是地下廠房工程設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析的重要依據(jù),通常工程區(qū)實(shí)測地應(yīng)力點(diǎn)較少,必須在有限的地應(yīng)力資料基礎(chǔ)上,采用反演分析方法獲得整個(gè)工程區(qū)地應(yīng)力場。結(jié)合大崗山水電站地形地貌條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,基于地下廠房區(qū)地應(yīng)力實(shí)測資料,研究了地下廠房區(qū)地應(yīng)力場分布特征;在此基礎(chǔ)上,采用有限元數(shù)學(xué)模型多元回歸方法,進(jìn)行了大崗山水電站地下廠房地應(yīng)力場三維反演分析研究,獲得了地下廠房區(qū)域地應(yīng)力分布規(guī)律和影響因素的認(rèn)識(shí)。結(jié)果表明,大崗山工程區(qū)地應(yīng)力場分布受構(gòu)造應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌的綜合影響,巖性對(duì)地應(yīng)力影響較小,巖脈與斷層影響顯著;在地下廠房區(qū)最大水平主應(yīng)力σh、最小水平主應(yīng)力σv、鉛直向應(yīng)力σh關(guān)系為σh>σv>σh,地應(yīng)力量值中等,側(cè)壓力系數(shù)垂直廠房軸線方向?yàn)?.5～0.6,軸線方向?yàn)?.1～1.3。

本文分析了小浪底水利樞紐地下廠房區(qū)裂隙的成生地質(zhì)環(huán)境,并重點(diǎn)從裂隙的分布規(guī)律、裂隙的延續(xù)性、切割深度、裂隙面的特征等幾方面來分析裂隙的發(fā)育規(guī)律,據(jù)此采用巴頓q系統(tǒng)分類、比尼威斯基rmr分類和昆明院分類對(duì)地下廠房的圍巖進(jìn)行分類研究,為地下廠房的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。本文對(duì)此裂隙系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)資料和圍巖分類已被黃委設(shè)計(jì)院采納。

針對(duì)水布坯水利樞紐工程地下式電站廠房，以巖塊的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)圍巖體的基本力學(xué)屬性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對(duì)重要的變形及強(qiáng)度試驗(yàn)成果進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，并就某些測試技術(shù)提出了有益的建議。

黃河大柳樹水利樞紐壩區(qū)巖體大范圍發(fā)生了松動(dòng),確定其滲透特性指標(biāo)并進(jìn)行滲流場與應(yīng)力場耦合分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。首先,根據(jù)壩區(qū)兩岸平硐內(nèi)測量的優(yōu)勢(shì)節(jié)理裂隙組資料和左岸固結(jié)灌漿試驗(yàn)資料,綜合確定壩區(qū)巖體初始滲透系數(shù)張量;然后,應(yīng)用多重裂隙網(wǎng)絡(luò)模型,進(jìn)行3個(gè)重要斷面的滲流場與應(yīng)力場耦合分析?？梢钥闯?壩區(qū)工程范圍內(nèi)巖體滲透性很強(qiáng),初始滲透系數(shù)張量量級(jí)達(dá)10~(-5)～10~(-4)m/s;繞壩滲流的兩個(gè)斷面(a-a,b-b)主要是滲流損失問題,通過壩基滲流的斷面(c-c)在壩踵處出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。

對(duì)樂昌峽水利樞紐地下廠房工程地質(zhì)情況進(jìn)行整理與研究,分析其地質(zhì)條件,并對(duì)圍巖進(jìn)行分類,進(jìn)而論證地下廠房的圍巖穩(wěn)定性,對(duì)廠房的工程地質(zhì)條件進(jìn)行綜述,并對(duì)圍巖穩(wěn)定問題作出分析評(píng)價(jià)。

介紹了小浪底水利樞紐地下廠房巖體力學(xué)行為數(shù)值分析的過程和方法,包括采用的屈服準(zhǔn)則、三維幾何模型、巖體力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力場、開挖過程模擬和支護(hù)結(jié)構(gòu)模擬方法。給出了1.0和0.8兩種側(cè)壓力系數(shù)下,無支護(hù)結(jié)構(gòu)、無預(yù)應(yīng)力錨索有錨桿有襯砌、有預(yù)應(yīng)力錨索有錨桿有襯砌3種情況的計(jì)算結(jié)果,研究結(jié)果表明:(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)限制圍巖位移和塑性區(qū)開展作用不大,但對(duì)于固定松動(dòng)破碎巖塊、防止洞周局部崩塌脫落有不可缺少的作用;(2)開挖過程對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索拉力影響不大;(3)開挖過程引起混凝土襯砌較大拉應(yīng)力,圍巖表面的鋼筋網(wǎng),對(duì)于限制襯砌開裂和防止其脫落,有重要作用。

闡述了水布埡水利樞紐地下廠房圍巖軟巖處理及支護(hù)設(shè)計(jì)方案,重點(diǎn)介紹減小廠房圍巖變形的工程技術(shù)措施以及地下廠房的支護(hù)設(shè)計(jì)。安全監(jiān)測資料和二維、三維有限元計(jì)算分析成果表明,地下廠房圍巖的基本設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)是合適的,圍巖處理設(shè)計(jì)是成功的,保證了地下廠房圍巖的穩(wěn)定。圖1幅。

通過在水布埡水利樞紐地下廠房中進(jìn)行變形試驗(yàn),研究了廠房區(qū)巖體的變形特性,采用反分析法進(jìn)行粘彈性反分析,反演出地應(yīng)力、彈性模量及粘性參數(shù),并與現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,對(duì)反算值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

介紹百色水利樞紐地下廠房防滲排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)地下廠房系統(tǒng)的布置特點(diǎn)及水文地質(zhì)條件，地下廠房采用以“廠外堵排為主，廠內(nèi)排水為輔”的防滲排水措施，經(jīng)三向電阻網(wǎng)絡(luò)滲流模型試驗(yàn)驗(yàn)證，該方案是可行的

根據(jù)運(yùn)行人員和機(jī)電設(shè)備的要求,結(jié)合江埡工程地下廠房建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用進(jìn)廠交通洞體壁面對(duì)空氣進(jìn)行熱濕交換作為天然空氣調(diào)節(jié),利用施工通道和廠房拱頂作排風(fēng)道,對(duì)主廠房采用機(jī)械送風(fēng),機(jī)械排風(fēng)和主變室采用自然送風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)空調(diào)方案。中控室、計(jì)算機(jī)室采用恒溫恒濕機(jī)的空氣調(diào)節(jié)方案。

百色水利樞紐水電站工程為地下廠房工程,主變洞與主廠房平行布置且相互間隔20m。該工程主變洞的上下游側(cè)在不同高程分別布置有垂直巖錨吊車梁基礎(chǔ),開挖要求質(zhì)量很高;主變洞的施工進(jìn)度受合同條款節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的控制,工期緊;在進(jìn)行主變洞第ⅲ層開挖施工過程中,主廠房巖壁吊車梁的混凝土澆筑施工同時(shí)進(jìn)行,施工干擾大。針對(duì)這些情況,負(fù)責(zé)承建的施工單位開展qc小組活動(dòng),對(duì)主變洞的開挖采用控制爆破方法,通過合理的開挖程序使主變洞的開挖取得良好的效果。