某水电站地下厂房围岩演化流固耦合研究

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作为水电建设最为关键的枢纽之一,地下厂房系统的安全施工及稳定运行是水电工程的重中之重。水电工程地下厂房不仅规模大,而且赋存于复杂的地应力场和渗流场,工程开挖条件下两场的相互作用是围岩稳定的关键因素。为此,依托某水电工程,以地下厂房系统为研究对象,基于流固耦合原理,采用现场调研、内外试验和数值计算等方法,开展流固耦合作用下大型地下洞室围岩动态演化规律研究,主要研究成果如下:(1)研究区岩体透水性以弱透水为主,岩体渗透存在显著的各向异性,采用渗透张量作为渗流特征参数的各向异性渗流模型能更准确的反映岩体渗流的实际状态。(2)研究区岩体应力场形成复杂,同时受河谷应力、构造应力、岩体自重多重因素影响。在近地表区主应力方向偏转明显,随岩体埋增大,应力分布逐渐趋于岩体自重应力状态,厂房位置应力水平较低,整体处于中低应力场。(3)洞室开挖后,以厂房区为中心出现低水压区,形成水压降落漏斗,在主厂房左壁及调压井右壁渗透矢量分布最为密集,由于洞室开挖引起的孔压重分布表现出一定的空间差异性,厂房中间段位置是孔压变化最为剧烈的区域。(4)流固耦合作用下,相较于无渗流条件,开挖前岩体应力整体增大,最小主应力的增幅最为明显。开挖后,耦合作用加剧了围岩应力释放与集中程度,同时各向异性渗流场的存在使得围岩应力重分布变得更为复杂,洞室围岩变形也显著增大,由于洞室开挖引起的岩体扰动深度以及围岩塑性区范围在局部位置都有明显增幅。(5)流固耦合作用在大型地下厂房中存在更为显著的空间差异性。沿洞室高度及轴向变化,相较无渗流条件,耦合作用对围岩应力和变形分布在洞室不同位置的影响程度均存在明显差异,流固耦合作用效果随岩体埋深、水头高度增大,表现越为显著。
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