錦屏一級(jí)水電站地下廠房圍巖變形破壞特征及地質(zhì)力學(xué)機(jī)制研究.pdf

1、21世紀(jì)是我國(guó)大量開發(fā)地下工程的世紀(jì)。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(wèn)題是工程地質(zhì)勘查、設(shè)計(jì)和施工中的重大問(wèn)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(jí)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(kù)梯級(jí)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(yàn)和認(rèn)識(shí)程度,使得其地下洞室群的設(shè)計(jì)和施工面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
　　 本文在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和室內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)工程地質(zhì)分析、三維數(shù)值模擬等手段,對(duì)地下廠區(qū)的圍巖變形破壞成因機(jī)制進(jìn)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(jí)的基礎(chǔ)上,統(tǒng)計(jì)分析了各級(jí)結(jié)構(gòu)面的分布規(guī)律。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:廠區(qū)數(shù)量最多、分布最廣泛的Ⅲ級(jí)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(shí)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(jì)算程序,采用快速應(yīng)力邊界法,通過(guò)在計(jì)算過(guò)程中不斷調(diào)整應(yīng)力邊界條件,并與實(shí)測(cè)初始地應(yīng)

4、力相對(duì)比,以使計(jì)算應(yīng)力值和實(shí)測(cè)應(yīng)力值達(dá)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(chǎng)。所獲得的初始應(yīng)力場(chǎng)是自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的疊加場(chǎng)。數(shù)值計(jì)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(jì)算應(yīng)力場(chǎng)和實(shí)測(cè)應(yīng)力場(chǎng)在量值和方向上均達(dá)到了較好程度的擬合。
　　 在此基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際的開挖和支護(hù)情況,通過(guò)適當(dāng)調(diào)整,模擬了地下洞室群的開挖和支護(hù)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(gè)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(jì)算結(jié)果,并結(jié)合對(duì)變形監(jiān)測(cè)資料的分析,以及對(duì)地下廠區(qū)主要變形破裂現(xiàn)象的認(rèn)識(shí),從巖體結(jié)構(gòu)特征和應(yīng)力場(chǎng)分布特征兩個(gè)方面分析了洞室群變形破裂的成因機(jī)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(jiàn)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