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标题 水电站地下洞室数值模型及围岩稳定性评价方法分析
范文

    摘 要:通过对主厂房和主变室的不稳定块体支护前和支护后的对比分析,利用数值仿真分析软件ANSYS对地下厂房洞室群稳定进行有限元数值仿真分析。主厂房不稳定块体个数洞顶最多,其次是上游边墙;但不稳定块体体积总合则上游边墙最多,占总数的2/3多。与断层相关组合的不稳定块体体积占总数的50%。而断层相关组合中不稳定块体体积量最大的有个断层。浅层部位的石块块体体积较小,在实际工程中可以采用锚杆支付的形式进行加固。若在开挖过程中局部出现更小掉块,并且掉块在支护前发生,在工程中可以适当采取超前支护的形式。

    关键词:水电站;地下洞室;数值模型;围岩稳定;评价方法

    1 有限元模型

    二维分析剖面见图1,二维分析剖面考虑了,地下厂房洞室及周围5倍洞径围岩。模型中考虑了岩性分界线、岩层分界线、断层F77以及洞周喷锚支护。二维有限元离散模型见图2,边界条件:底边固定固定约束,侧面法向约束,上边为自由表面。

    2 物理力学参数

    根据现场地质勘探提供的地质参数和数据并结合P.D.18、P.D.02平硐、鉆孔揭露及地表的测绘。地下厂房区地志特性复杂多样,地质主要发育为NNW向、NNE向的高倾角结构面及缓倾角式结构面。围岩为新鲜岩石至微风化的石英二长岩(花岗岩)其强度高,并且岩体多为完整至较完整的块状结构,岩体布置及岩层走向结合紧密。其中围岩类别主要以Ⅱ、Ⅲ、IV类,局部处于断层破碎带的岩石为V类。其中地下厂房洞室围岩参数选取见下表:

    3 围岩稳定性评价方法

    作者根据锚杆实测的拉巴力应小于锚杆的允许拉拔力得出:并且由此可以来判定锚杆的安全性能。根据文献我们可以得出,影向锚杆拉把力的主要因素主要可以包括以下5个方面:锚杆的直径,毛干的长度、钢筋的抗拉强度、围岩类别以及锚杆与岩体间粘结材料的强度。因此在实际工程应用中,在锚杆的允许拉拔力计算中,应当把这些因素的综合影响全部考虑进来。

    喷射混凝上层安全评判:本文提出实测喷射混凝土层应力应小于喷射混凝土层的强度(拉、压强度)准则:σ实测.拉<[σ拉],σ实测.压<[σ压]混凝土的变形达到一定程度时将会出现裂缝:ε实测<[ε拉],N实测<[N]其中,[N]为锚杆的允许拉把力,按下面两种常规方法分别进行计算可以得出,其值按最小值进行计算:根据钢筋的拔出情况可以得出:N=πdLτ,L为锚杆锚固段长度(m)。

    4 总结

    通过对主厂房和主变室的不稳定块体支护前和支护后的对比分析,得出:未支护前,主厂房围岩不稳定块体总数为90。主厂房不稳定块体个数洞顶最多,其次是上游边墙;但不稳定块体体积总合则上游边墙最多,占总数的2/3多。与断层相关组合的不稳定块体体积占总数的50%。而断层F3、F6是断层相关组合中不稳定块体体积量最大的两个断层。浅层块体体积较小,分别为0.5立方米、2立方米,属于表层不稳丁块体。在实际工程中可以采用锚干进行加固,倘若在开挖的过程中出现了不均匀的更小的掉块,并且掉块发生在支护部位前或者之间,则可以适当采取超前支护的形式。

    参考文献:

    [1]张有天.地应力场的趋势分析[J].水利学报,1984,(4):31.38.

    [2]杨柯,张立翔,李仲奎.地下洞室群FEM分析的地应力场计算方法[J].岩石力学与工程学报,2002,21(11):1639.1644.

    [3]杨柯,张立翔.二滩水电站地下厂房洞室群模拟开挖过程的三维非线性有限元分析研究报告[M].昆明:昆明理工大学,2000.10.

    [4]周维垣.高等岩石力学[M].北京:水利水电出版社,1990.14.20.

    [5]李海波,朱莅,吕涛,等.考虑地震动空间非一致性的岩体地下洞室群地震反应分析[J].岩石力学与工程學报,2008,27(9):1757.1766.

    [6]朱维申,王可均,朱家桥.二滩电站坝肩厂房三维有限元分析及围岩变形观测反分析[J].岩土力学,1988,9(3):11.21.

    作者简介:章朝峰(1988.),男,硕士,主要从事水工边坡,岩土工程。

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更新时间:2025/1/11 11:47:06