不利地质结构对大型地下洞室群地震动稳定性影响研究

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3、月摘要近年来，我国在西南高山峡谷地区建设开发了多座大装机容量的水电站，这些水利水电工程多选择大型地下洞室群作为主要的水工构筑物。这些洞室群具有大跨度、高边墙、洞室纵横交叉的特点，所处的地质条件复杂，节理断层等不利地质结构发育，设计地震烈度高，如遇强震这些大型地下洞室群有失稳的可能。因而强震下大型地下洞室群的动态稳定性是保障大型水利水电工程安全施工、运营的关键性科学问题。本文针对该科学问题，以白鹤滩水电站为工程依托，围绕大型地下洞室群强震下的稳定性，开展了层间错动带的岩土力学性质、洞室群的设计尺寸等因素影响下的大型地下洞室群地震动态数值模拟分析

4、，提出了大型地下洞室群地震动态稳定性的快速评价方法，主要研究工作如下：（1）白鹤滩水电站大型地下洞室群赋存环境研究。在岩体力学参数方面：以室内试验、现场试验和岩石力学相关规范为基础，并结合国内外关于玄武岩岩体力学参数的研究成果，综合分析了白鹤滩水电站地下厂房区域玄武岩岩体力学特性，给出了岩体的强度参数方法；在地应力场方面：从中国大陆的地应力场分布规律到川滇地区的地应力分布特征，从白鹤滩工程场地的构造运动到现场地应力测试数据，分析了白鹤滩地下厂房地区地应力的形成过程，在此基础上采用回归分析方法拟合了大型地下洞室群区域的地应力场，给出了地应力与埋

5、深关系的数学表达；在地震波选取方面：以白鹤滩水电站地震安评分析为依据，以场地区域的地震地质、地震强度、地震机制、场地岩土环境等因素为条件，选取了KOBE加速度时程和汶川大地震绵竹清台站处的加速度时程两条地震波时程记录作为数值模拟的地震波输入条件。（2）层间错动带对大型地下洞室群地震动态稳定性的影响研究。针对层间错动带与洞室的位置关系、错动带的厚度、错动带的岩体强度，开展了大型地下洞室群地震动稳定性影响分析，研究结果表明：层间错动带距洞室越近，洞室地震动稳定性受层间错动带影响越大，当层间错动与洞室间的距离超过1/3洞室跨度时，层间错动带对洞室动

6、力稳定性的影响可忽略；层间错动带厚度的增加使洞室围岩地震后塑性区增加，地震后围岩最大位移越靠近层间错动带，位移方向单侧向洞室滑移逐渐向双侧向洞室内滑移；层间错动带强度的降低，增大了洞室地震后塑性区，使层间错动带与洞室围岩间形成联通的塑性区，增大了洞室围岩地震后的位移及关键点的相对变形。（3）大型地下洞室群空间布置地震动态稳定性的影响研究。针对大型地下洞室群各洞室空间布置的不同方案，开展了有无层间错动带的地震动稳定性分析，研究结果表明：无层间错动带的地下洞室群主变室与尾闸室安全间距约为1.1倍洞室特征长度，尾闸室与尾调室安全间距约为1.4倍洞室

7、特征长度；穿越层间错动带的地下洞室群主变室与尾闸室安全间距约为1.4倍洞室特征长度，尾闸室与尾调室安全间距约为2.0倍洞室特征长度，层间错动带的存在增大了洞室群的安全洞室间距，降低了洞室I群地震动稳定性。（4）大型地下洞室群地震动态稳定性快速判断方法研究。以层间错动带和大型地下洞室群空间布置对洞室群地震动态稳定性的影响研究成果为基础，提出了考虑层间错动带的位置、厚度、强度和洞室群空间布置等因素的大型地下洞室群地震动稳定性的快速评价方法；采用该评价方法预测了白鹤滩水电站地下厂房某剖面的地震动态稳定性及其可能发生破坏的区域，并与白鹤滩水电站地下厂

8、房剖面的地震动态数值模拟结果进行了对比验证，进一步验证了本文提出的大型地下洞室群地震动态稳定性快速评价方法的适用性。关键词：地下洞室群；地震动稳定性；层间错动带；数