浅谈锦屏二级水电站深埋长引水隧洞围岩稳定性分析与研究

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1、河海大学硕士学位论文锦屏二级水电站深埋长引水隧洞围岩稳定性分析与研究姓名：张国平申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：阮怀宁20070301摘要当前，我国国民经济持续快速发展，给水电事业的发展带来了新的机遇，同时也提出了大量新的课题。雅砻江上拟建的锦屏二级水电站引水隧洞长约18km，最大埋深达2500m，为目前国内长度最长、埋深最大的引水隧洞。此类深埋隧洞由于埋深大、洞程长、地下水丰富、地质条件复杂，在设计和建设中将遭遇一系列特殊问题，如高地应力、高外水压力、高压涌水和岩爆等问题。对于这类引水隧洞围岩的稳定性分析与研究是必不可少的，直接关系着生

2、命财产安全，如何进行稳定性评价是目前工程科技界关注的热点问题。本文以锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定性评价为主线，以指导隧洞的设计与施工为目的，对围岩稳定性进行了系统的研究。为此，本文主要做了以下几方面的工作：先从影响地下洞室围岩稳定性的因素入手，分析讨论了其中几个主要的影响因素；接着分析了围岩的变形破坏类型与机理；在这基础上分析了洞室开挖过程中的力学性态与围岩失稳判据．接着分析了引水隧洞区的工程地质条件和主要工程地质问题。随着人工神经网络与模糊数学的发展，在常规岩体分级方法的基础上，本文研制了基于人工神经网络与模糊数学相结合的自适应模糊神经网络(A

3、NFIS模型)的围岩类别判定系统，为围岩的分类模型提供了一条新的途径。在大型通用岩土分析软件FLAC3D的基础上，建立了高地应力、高外水压力作用下隧洞围岩的数值仿真计算模型，对锦屏二级水电站引水隧洞开挖过程进行了数值模拟，分析了围岩中应力场、位移场及塑性区的分布和变化规律。首先研究了开挖卸荷对围岩变形、应力及塑性区的影响。然后为了尽可能反映引水隧洞设计、施工的特征，对不同的开挖施工步序(全断面开挖与上下台阶开挖)进行了分析比较。在考虑开挖卸荷的基础上，通过采用地应力释放率，考虑了开挖过程中不同的支护时机对隧洞围岩稳定性的影响，分析比较了应力场、位移

4、场、塑性区及锚杆轴力随地应力释放率的变化规律。接着分析研究了不同开挖方式下主要变形及应力随开挖面距离的变化，这在隧洞施工开挖过程中显得尤为重要。最后考虑岩体的流变属性，采用Cvisc粘弹塑性模型作为围岩的流变模型，对隧洞的施工开挖以及支护后的围岩进行粘弹塑性数值模拟。还分析比较了不同的围岩质量对围岩稳定性的影响，得出了一些有益的结论来指导引水隧洞的设计和施工。关键词：引水隧洞、高地应力、高外水压力、围岩质量、ANFIS模型、FLAC3D、围岩稳定河海大学硕士学位论文AbstraetCurrently,withthecontinuedandfastd

5、evelopmentofournationeconomy,somenewchancesaremetinthedevelopmentofhydroelectricityconstruction．Atthe岛班netime,alargenumberofnewprojectsareputforward．ThefourdiversiontunnelsofJinpingCascade2HydropowerStationisabout18kmlongand2500mdeepinmaximalbu州epth，whicharethelongestanddeepes

6、tdiversiontunnelsintheworld．Becausethesetunnelshavegreatdepth,quietlength,abundantgroundwaterandcomplexgeologicalconditions,aseriesofspecialgeologicalproblemswillbemetintheprocessofdesignandconstruction,forexamplehigllgeo-stress，hi曲externalwater-pressure，highwater-gushingandro

7、ck-burst,andSOon．Theanalysisandstudyofsurroundingrockstabilityisverynecessary,whichrelatestoOUrlifeandpropertysecurity．Howtoevaluatesurroundingrockstabilityisahotproblemintheworldofengineeringandscience．Thispaperstickstotheevaluationofmoundingrockstabilityofdeep-lyingtunnelino

8、rdertodirecttunnel'sdesignandconstructioninJinpingCascade2Hyd