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近些年来,随着我国水电事业的发展,水电站地下厂房数量的增多,水电站地下厂房稳定性问题越来越受到重视。地下洞室规模不断扩大,围岩情况复杂多变,因此这类围岩在施工期和运行期的稳定性是地下工程研究重要课题。
本文结合水电站的围岩地质情况,建立计算模型,对地下厂房开挖和支护全过程进行了数值模拟,得到在各开挖步中数值计算结果;然后对水电站的监测数据进行了整理和分析,将数值计算结果和监测结果进行对比分析;最后结合位移监测数据,运用非线性尖点突变理论,对水电站地下厂房围岩稳定性进行安全评价。本文主要成果如下:
(1)确定围岩材料参数、支护参数以及边界条件后,在三维快速拉格朗日方法FLAC-3D中模拟初始地应力场,进行地下厂房开挖模拟,分析由开挖引起的位移、应力重分布以及塑性破坏情况。开挖结束后,地下洞室最大变形量为-17.80mm,发生在下游边墙和母线洞相交下面的部位;第三主应力最大值为0.28MPa,发生在主厂房与主变室中间的位置,母线洞上部;塑性破坏以拉裂破坏为主,主要分布在洞室周围,破坏范围较小。
(2)整理分析水电站的监测数据资料,可以得到主厂房和主变室的变形规律,主厂房的整体变形相对丰变室较大,主厂房最大变形在下游边墙,顶拱处的岩体变形较小。主厂房和主变室的围岩变形速率均比较小,符合围岩稳定标准;主厂房和主变室锚杆应力分布规律相似,顶拱处的锚杆应力较小,边墙上的应力较大,应力基本释放结束,数值趋于稳定。
(3)根据地下厂房监测位移资料,将位移速率作为非线性动力模型一系列特解,反演出非线性动力学模型,将该模型转变为尖点突变模型标准形式,通过标准方程的判别式判断系统的状态,对地下厂房围岩的稳定性做出评价。根据尖点突变理论,判断出该地下厂房处于稳定状态。