黄登水电站坝址区应力场三维数值模拟探究

《黄登水电站坝址区应力场三维数值模拟探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、黄登水电站坝址区应力场三维数值模拟探究　　摘要：黄登水电站地处我国西南高地应力地区，岩体初始应力场是岩土工程设计和施工中考虑的主要因素。根据黄登水电站坝址区的地质演化史条件及地应力实测资料，运用边界荷载反分析方法，对坝址区初始应力场进行回归反演分析，确定出斜坡应力场分带的具体范围、河谷下切地应力场主应力方向变化规律、地应力场梯度函数、地应力量级、(σ1-σ3)值分布规律，并且对其在工程中的应用进行合理拓展和探讨。关键词：黄登水电站；边界荷载；初始地应力场；地应力中图分类号：TV74文献标识码：A文章编号：1.前言根据黄登水电站坝址区采用三孔交汇孔径法测试地应力测试成果，该区域属中一高地应

2、力地区。该坝址区地形陡峻，地质构造条件复制,岩性不均一，其应力分布也应较为复杂，因而准确把握坝址区地应力场分布规律对于坝基开挖面的确定、地下洞室和岸坡稳定性的评价和设计具有重要意义。现今地应力研究方法可以概括为三个方面：现场测量、理论分析和室内模拟研究。8随着计算机技术和数值分析理论的发展，借助大型计算软件，地应力回归分析法[1，2]、人工神经神经网络和遗传算法[3-5]、接触摩擦分析法[6]被成功的用到地应力场的反演运算中来。本文采用边界荷载反分析（边界条件）法[7],找出区域边界上的荷载分布大小和规律,以此获得对工程区岩体初始应力场及现今地应力场更深入、全面、系统的认识，为工程设计提

3、供参考。2.黄登坝区地应力反演模型2.1工程概况黄登水电站坝址位于云南省兰坪县营盘镇境内，属滇西纵谷山原区地貌。山脉总体呈北北西向延伸，区内澜沧江河谷总体呈南北向展布，坝段河谷狭窄，两岸地形陡峻，物理地质作用强烈。本区位主要断裂走向呈北北西向和近南北向。2.2计算软件与模型本文采用大型有限元计算软件ANSYS(AnalysisSYStem)[8]建模及计算。8根据三江流域地壳自三迭系以来的演化[9，把坝址区河谷下切过程近似视为五次开挖阶段，并将开挖释放荷载作为卸荷荷载纳入计算，以此模拟研究区剥蚀卸荷地质过程及现今岩体应力场的形成[10]。数学模型上、下游边界大体与河流走向垂直，模型垂直河

4、谷方向宽700m，顺河谷方向长1140m，高1000m。计算模型中也考虑了断层带、顺层挤压面及劈理发育的夹层，断层和夹层的建模按其产状及延伸长度用实体单元来考虑。模型共划分140765个单元，26101个节点。(a)现今地貌(b)单元体图1模型2.3边界条件及力学参数模型上游边界施加Z向位移约束，左岸边界施加X向位移约束，谷坡表面为自由表面，底面施加各向位移全约束。施加重力，经计算产生自重应力场；施加构造应力7.9MPa，方向北偏东。根据某研究院提供的岩体力学参数资料，结合工程地质类比，有限元模型参数如表l所列：表1应力场演化数值模型介质参数4.计算结果分析4.1河谷下切阶段整个模型的区

5、域范围内的应力总体上分布比较均匀，在顶部有一定厚度的各向同性层，无拉应力区。第一和第三主应力值总体上随深度的增大而增大。在模型的断层带、夹层和J2h1地层处应力偏小，断层带深部出现应力集中现象。模型底部（高程1000m）最小主应力值17.9MPa，最大主应力值136MPa。8第一步、第二步下切剥蚀后的应力场各部位垂直应力有所降低。第三次下切后，右岸T3xd8地层坡脚出现最大拉应力1.6MPa，而且区域比前两次下切的拉应力区要大。第四步下切后，最大拉应力(3.1MPa)和最大压应力都集中在右岸T3xd7与T3xd8接触区域，这一区域现今地貌为陡崖。(a)σ1云图图4.1.2(b)σ3云图图

6、2现今地貌应力图最后一次开挖后，即现今河谷地貌，最大拉应力区也是最大塑性区还是分布于模型中部下游右岸的陡崖。右岸1800m-2000m高程拉应力区绝大部分为J2h1地层，且这一区域物理地质现象强烈，表现为倾倒松弛岩体。断层，夹层和右岸陡崖处都出现高拉应力区。两岸地形陡峻处应力值偏大。断层两侧应力值偏高，但断层处应力值却偏低。现今应力场，整个河谷底部应力集中现象特别明显，形成明显的高应力包，其量值一般达24～44MPa。总体上，主应力方向在近坡面发生偏转，且其量值随着埋深的增加而增大。从初始应力场到第三次下切，河谷应力场等值线大致水平。第四次下切后，河谷下部的等值线略下凹。4.2断层对应力

7、场的影响分析8断层两盘的垂直向位移有差别，上盘比下盘大。这个差别随着河谷的下切慢慢减小，从10mm减至约1mm。坝址区断层部位发生应力集中现象，随着埋深增加断层上下盘的应力差减小。在斜坡浅部最大主应力迹线近于平行坡面，在接近断层带附近主应力迹线发生较大偏转，偏转角度达20-35°。通过断层影响带以后，应力方向又与坡面近于平行，表现出斜坡浅表部应力特征。4.3河谷地貌对应力场的影响分析在两岸岸坡地形突变区域易产生主应力集中。河谷谷底应