开挖方式对地下厂房洞室群围岩力学特性的影响.pdf

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1、第43卷第l3期人民长江Vo1．43，No．I32012年7月YangtzeRiverJuly，2012文章编号：1001—4179(2012)13—0069—04开挖方式对地下厂房洞室群围岩力学特性的影响张存慧，石伯勋，肖明，周述达(1．长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010；2．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：为了解大型地下厂房洞周围岩的力学性态，以金沙江某地下厂房洞室群为工程背景，基于卸荷岩体力学理论，采用三维有限差分法，研究不同开挖方式对洞室群洞周围岩卸荷力学特性的影响。计算结

2、果表明：不同开挖方案对洞周围岩卸荷影响程度均较小；洞室群开挖后，主厂房、尾调室顶拱围岩卸荷程度远小于边墙；受相邻洞室开挖的影响，主变洞顶拱卸荷程度较大，但深度较浅；由于尾调室顶拱围岩力学参数优于主厂房顶拱，其卸荷程度略小于主厂房顶拱；尾调室高边墙卸荷程度大于主厂房边墙。该研究成果对工程设计与施工具有指导意义。关键词：围岩；开挖卸荷；三维有限差分法；地下厂房中图法分类号：TV731．6文献标志码：A天然岩体在初始应力场作用下处于平衡状态，由引水发电建筑物由进水口、引水隧洞、主厂房及安装于人工开挖扰动，一定范围内的围岩应力重分布，力学

3、场、主变洞、交通出线竖井、尾水调压室、尾水隧洞、尾特征表现为大面积的卸荷“。卸荷岩体力学概念最水出口、地面出线场、交通洞、通风竖井及厂外排水系早由哈秋龄教授提出，随着理论研究的逐步深入及工统等组成。主厂房、主变洞、尾水调压室三大洞室平行程技术的发展，卸荷岩体力学越来越受到研究人员及布置，地下厂房最大开挖尺寸为321m×31．8m×工程界的重视。到目前为止，采用卸荷岩体力学理论86．9m(长×宽×高)、主变洞最大开挖尺寸为255．6对水工建筑物中的船闸高边坡、坝肩边坡、进水口边坡m×18．5mx34．2111(长：《宽×高)、调压室

4、最大开挖等超大型边坡工程开展了较多的研究工作，相关研究尺寸为225ITI×32nl×110m(长×宽×高)。成果已成功地应用到工程实践中。1．2厂区基本地质条件目前水电站地下厂房洞室群正朝着高边墙、大跨本文仅针对左岸地下厂房洞室群进行分析研究。度方向发展，洞室群规模的超大型化导致洞周围岩开左岸电站地下厂房洞室群位于左坝肩下游，纵轴线方挖卸荷问题、临空面岩体质量劣化问题突出，从而对地位角为NE60。，与岩层走向夹角约4O。，主厂房距坝肩下厂房洞室群的整体稳定性产生不利影响。本文结合(高程854in)最小距离约110m，距岸边约80m

5、。工程实例，应用卸荷岩体力学理论，对某电站地下厂房厂区最大主应力范围为10．5～20MPa，属中等地洞室群开挖前后的力学特性进行了对比分析，得到不应力场，最大水平主应力方向为N19。E；主厂房区域岩同分期开挖方案对洞周围岩的卸荷影响范围，研究成体主要为落雪组第三段第一亚段厚层灰岩及大理岩，果对工程设计与施工有指导意义。约占2／3，其余为落雪组第二段互层状大理岩化白云1工程条件岩；主变洞区域岩体主要为落雪组第三段第一亚段厚层灰岩及大理岩、第三段第二亚段巨厚～厚层白云岩1．1工程概况及厚层石英岩，山内侧约有3％的岩体为落雪组第二某水电

6、站位于金沙江干流上，可研阶段拟定左右段互层状大理岩化白云岩；尾水调压室区域岩体主要岸各布置6台单机容量85万kW的首部式地下厂房，为落雪组第三段第一亚段厚层灰岩、第三段第二亚段收稿日期：2012—06～05作者简介：张存慧，男，工程师，博士，主要从事水电站建筑设计工作。E—mail：zhangcunhui@cjwsjy．corn．cn70人民长江巨厚一厚层白云岩、第三段第三亚段厚层灰岩。9层开挖，主变洞分4层开挖；方案三：主厂房、尾调室分11层开挖，主变洞分4层开挖。2卸荷分区模拟方法表2岩体物理力学参数地下厂房洞室群开挖后，初始

7、应力场发生变化，洞代表性岩体岩组薯变泊周围岩发生卸荷，节理连通率增加，岩体力学参数降厚层状灰岩Pll～、P哇75215024J316低，其降低程度随开挖卸荷量的大小而不断变化。文巨厚一厚层状白云岩P哇1-2Pci【～571750．25J．I13献[5]给出开挖卸荷量与变形模量降低百分比的对应互层状大理岩化自云岩PI；1～、pt21-2,PI1～70150026I11，3关系，如表l所示。4计算结果分析表1岩体卸荷后变形模量降低百分比％卸荷量变形模量卸荷量变形模量3种开挖方案的洞周围岩径向应力分布见图2。百分比降低百分比百分比降低百

8、分比依据式(I)求得的3种开挖方案洞周围岩卸荷量分布(30<1O508O3O～5030～5O1O一3080～lO050～8O等值线图见图3(图中数值0．95代表卸荷量百分比为95％，其余类推)，各卸荷量级卸荷区深度最大值见表表1中，卸荷量百分比煮×