錦屏一級水電站地下廠房圍巖變形破壞特征及地質(zhì)力學機制研究.pdf

1、21世紀是我國大量開發(fā)地下工程的世紀。西南地區(qū)水能資源豐富,但是高山峽谷眾多,因此,其水電站廠房多采用大型地下洞室群方案。而地下工程的圍巖穩(wěn)定性問題是工程地質(zhì)勘查、設(shè)計和施工中的重大問題,它涉及地下工程能否成洞、能否建成、影響投資和工期,因此備受關(guān)注。
　　 在建的錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣和鹽源縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上,是雅礱江干流下游河段的控制性水庫梯級電站。其引水發(fā)電系統(tǒng)布置于壩區(qū)右岸,洞室群規(guī)模

2、巨大。由于其工程的復(fù)雜性和特殊性超出了人們已有的經(jīng)驗和認識程度,使得其地下洞室群的設(shè)計和施工面臨嚴峻的考驗。
　　 本文在現(xiàn)場調(diào)研和室內(nèi)資料統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上,通過工程地質(zhì)分析、三維數(shù)值模擬等手段,對地下廠區(qū)的圍巖變形破壞成因機制進行了研究。
　　 首先,結(jié)合地質(zhì)編錄資料,在巖體結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)分級的基礎(chǔ)上,統(tǒng)計分析了各級結(jié)構(gòu)面的分布規(guī)律。統(tǒng)計結(jié)果表明:廠區(qū)數(shù)量最多、分布最廣泛的Ⅲ級結(jié)構(gòu)面中主要以第①組層面裂隙最為發(fā)育(N3

3、0～60°E/NW∠30～40°),其次為第②組層間裂隙(NSO～70°E/SE∠60～80°),再次為第④組裂隙(N60～70°W/NE(SW)∠80～90°),第③組裂隙(N25～40°W/NE(SW)∠80～90°)最不發(fā)育。
　　 其次,根據(jù)工程實際情況,在ANSYS有限元程序中建立了地下洞室群三維地質(zhì)概化模型,并利用FLAC3D有限差分計算程序,采用快速應(yīng)力邊界法,通過在計算過程中不斷調(diào)整應(yīng)力邊界條件,并與實測初始地應(yīng)

4、力相對比,以使計算應(yīng)力值和實測應(yīng)力值達到最優(yōu)程度的擬合為目的,獲得了研究區(qū)的初始應(yīng)力場。所獲得的初始應(yīng)力場是自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場的疊加場。數(shù)值計算結(jié)果表明,研究區(qū)處于較高的初始應(yīng)力狀態(tài)下,計算應(yīng)力場和實測應(yīng)力場在量值和方向上均達到了較好程度的擬合。
　　 在此基礎(chǔ)上,結(jié)合實際的開挖和支護情況,通過適當調(diào)整,模擬了地下洞室群的開挖和支護狀態(tài),獲得了開挖后圍巖的二次應(yīng)力分布情況。并提取了洞室群中的三個主要斷面:縱0+079.0m、

5、0+126.8m、0+158.5m,分析了其二次應(yīng)力及位移的分布特征。
　　 最后,根據(jù)三維數(shù)值計算結(jié)果,并結(jié)合對變形監(jiān)測資料的分析,以及對地下廠區(qū)主要變形破裂現(xiàn)象的認識,從巖體結(jié)構(gòu)特征和應(yīng)力場分布特征兩個方面分析了洞室群變形破裂的成因機制。研究結(jié)果表明:第①組和第②組、第①組和第④組結(jié)構(gòu)面的組合有可能是構(gòu)成上游邊墻常見的卸荷松弛變形破壞、下游側(cè)(特別是拱腰部位)彎折鼓出變形破壞的潛在巖體結(jié)構(gòu)因素。本就處于高地應(yīng)力區(qū),且隨開挖的