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1、锦屏水电站地应力场回归分析与坝肩槽开挖高边坡稳定性三维非线性有限元分析四川大学硕士学位论文锦屏水电站地应力场回归分析与坝肩槽开挖高边坡稳定性三维非线性有限元分析姓名:杨静申请学位级别:硕士专业:岩土工程指导教师:何江达2003.5.1矿伽名四川人学颇学位论史锦屏水电站坝址区地应力场回归与坝肩槽开挖高边坡三维非线性有限元分析岩土工程专业何江达指导教师研究生杨静锦屏一级水电站位于四川省盐源县和木里县境内,是雅砻江干流上的重。要够目灏电站。电站设计装机容量,采用混凝±抛物型双曲拱坝,最大坝高.,是拟建的国际上最高拱坝。无论是对大坝还是对地下厂房洞室
2、群的稳定而言,地应力场的研究都具有非常重要的意义,同时,大坝基础开挖后形成的级商边坡稳定问题也是一个有待深入研究的课题。~本文根据锦屏一级水电站坝址区的地形地质特性,运用三维非线性有限元仿真计算方法,对坝址区初始地应力场和坝肩槽开挖高边坡的稳定性及工程加固措施开展了系统研究。首先结合锦屏一级水电站坝址区的地形地质条件与地应力实测资料,运用三维有限元回归分析方法,建立工程区域的三维初始地应力场且真实反映坝址区地质构造的有限元模型,并用逐步回归方法探讨了地应力场的待回归因素与构造应力场的模拟方式,对比分析了两种回归方案的特点,为坝肩槽挖高边坡和地
3、下厂房洞室群围岩稳定性分析提供合理的初始地应力场。在确定的坝址区初始地应力场条件下,采用三维非线性有限元的仿真技术,模拟左右岸坝肩槽分级丌挖过程,研究了岩质边坡的卸荷效应,以及应力、位移和点安全系数的分布规律,揭示了边坡可能出现的破坏部位与发育程度。在此基础上提出了相应的加固处理措施,并研究了加固措施的工程效应,论证了工程加固措施的合理性与可靠性。本文的特色在于:针对锦屏水电站工程坝区地形地质条件,建模时充分考虑了坝址区内的断层、深部裂缝以及节理裂隙的分布特性,客观地反映了工程的实际情况;在地应力场回归分析计算时,对构造应力场的模拟方摘要式作
4、了探讨与新的尝试,引入剪切位移模拟地质构造作用对主应力方向的调整作用,采用逐步回归的方法来选择待回归因素,讨论了岩体自重应力场在初始地应力场中的权重问题,并考虑了两种地应力场回归方案,综合评价了各自的特点;在三维非线性有限元仿真计算中,考虑了岩体的?弹塑性模型和遍布节理的定向破坏模型,研究分级开挖过程中坝肩槽边坡岩体的应力场、位移场及破坏信息分和特征;通过综合分析论证,提出了坝肩槽高边坡的加固处理方案并进行了作用效果研究;首次采用隐含锚杆有限元子结构形式,系统研究馅杆对边坡岩体的加固作用以及锚杼在随加固区变形过程中存在的反向“锁固力”对岩体变
5、形的抑制作用。自重应力场高边坡弹塑性三关键词:地应力场回归构造应力场维有限元锚杆回弹效应四川大学烦卜学位论史?....?.咖,,.,,,.,,?,,,.,.?,,.,.摘要:,,.,,,.,,,?...’:加力.四川人学硕学位论文概论.论文选题的依据及研究意义岩体力学与其它力学学科的最根本区别在于岩体中具有初始应力,所有的一切岩体力学现象都与地应力的大小有关,所谓岩体的初始应力是指岩体在天然状态下所存在的内在应力,在地质学中,通常又称为地应力。岩体的本构关系、破坏准则以及岩体中应力传播规律都要随地应力大小的变化而发生变化【。例如,在低地应力和
6、低偏压情况下,岩体的脆断特性表现明显,受节理面制约而表现的各向异性和非连续性也很明显,岩体破坏时,峰值强度与残余强度之间的数值差较大。在高地应力国内一般指工程区域的岩体初始应力达到~条件下,岩体的脆性表现不太明显,而塑性特征表现明显,节理面的存在所引起的各向异性也会明显减弱,表现出连续介质的特性,并且会呈现出商地应力的特殊现象,因此,开展岩体地应力的深入研究,可以针对高地应力地区出现的岩石力学问题提出有效的对策与工程措施。根据大量实测资料证明:地应力是一个具有相对稳定的非稳定应力场圆,具有随时问和空间变化的特征。地球的各种动力过程,如板块运动
7、、地幔热对流、地质构造和地球旋转都能引起应力场,而岩体自重、地热地温不均、岩浆入侵、水压梯度也都能引起应力场,但从岩石工程的角度来看,工程涉及的范围总是有限的,属于区域性地应力场,工程岩体中地应力主要来源是岩体自重和地质构造运动。无论是人工开挖形成的岩质高边坡还是地下洞室开挖过程中的围岩稳定性都与地应力水平息息相关,如何模拟计算工程岩体中的地应力,使研究结果与客观实际更为符合,为工程设计提出可靠的依据,这方面的研究很有意义。伴随着大型岩土工程建设,如水电工程、露天采矿工程、交通工程等向复杂环境、复杂地质条件的推进,与之相关的自然边坡和人工高边
8、坡稳定问题变得愈发突出,特别是在水电工程建设中,由于开挖坝肩、溢洪道、厂房和隧洞进出口等形成了大量的高边坡,这些边坡的稳定性将会对工程修建的可行性决策起到控制性作用
