东非某水电站地下洞室群开挖过程围岩力学行为演化及分析（论文）.pdf

市政·交通·水利工程设计 呻 ． ．Water R一，urcesEngi~erlngm 东 非 某 水 电 站 地 下 洞 室 群 开 挖 过 程 围 岩 力 学 行 为 演 化 及 分 析 Mechanical Behaviors Evolution and Analysis During Excavation for Underground Cavern Group Su~ounding Rock of a Hydropower Plant in East Africa 章 奇锋 。，李 华 ，向天 兵 ，杨凡 杰 ，张传 庆 (1．浙江华东建设工程有限公司。杭州 310014；2．中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明 650051； 3．中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071) ZHANG Qi—feng ，LI Hua ，XIANG Tian—bing~，YANG Fan-jie ，ZHANG Chuan-qing~ (1．ZhejiangHuadongConstructionEngineeringCo．Ltd．，Hangzhou 310014，China；2．KunmingEngineeringCorporationLimited， Kunming 65005l，China；3．InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan 43007l，China) 【摘 要】以东非某水电站为例，通过三维数值模拟，分析地下洞室群开挖过程中围岩力学行为的演化，并进行稳定性分析．计算及 分析结果表明，洞室整体稳定性较好，应力松弛部位应加强支护。分析结论可为项目的开挖和支护设计提供依据。 【Abstract]Forahydropowerplantin eastAfrica，3-Dnumerical simulationisusedformechanicalbehaviors evolutionand stabilityanalysis during excavation for underground cavem group surrounding rock．The calculation and analysis results show the general stability is good and the stress relaxationpartsneedreinforced supporting，whichprovides referenceforexcavationand supportingdesign． 【关键词】东非；水电站；围岩；力学行为 【Keywords]EastAfrica；hydropowerplant；surroundingrock；mechanicalbehaviors 【中图分类号】Tv753：TV223．3 l 【文献标志码IA 【文章编号】1007—9467 QOl8)O5．0l37．O2 [DOll 10．13616／j．cnki．gcjsysj．2018．05．265 1 引 言 2 计 算 模 型 及 参 数 东非某高水头 、长引水大型水电站距 自尼罗河源头约 300km，距东非大裂谷西支约 55km。电站总装机 600MW，地下 洞室群由厂房、主变洞、尾水调压室等组成，其中厂房尺寸(长X 宽×高)为200mx19．6mx53m，主变洞 161．4mx14．7mx32．95m，调 压室宽 320mx21mx高 70m。工程区岩体结构面发育程度低，洞 室埋深约 70～90m，以微风化—新鲜花岗片麻岩为主，围岩类 别以Ⅱ类为主。 本文采用 FLAC程序对地下洞室群进行三维数值计算， 分析各层开挖过程中围岩力学行为的演化特征，并进行稳定 性分析，为后续支护设计提供参考。 【作者简介】章奇锋(1982 )，男。浙江淳安人，高级工程师，从事岩 土及水电工程地质勘察研究。 2．1计 算模 型 计算区域包括了引水洞水平段 、厂房、主变洞、母线洞、通 气井 、尼水洞及调压室等。计算范围 332mx440mx199m，单元 总数 709 255个，见图 1。 图 1 地下洞室群模型 137 l工程建设与设计 l Comtr~tmn&DesignForProject 2．2岩 体参 数及边 界条件 根据实测及反演计算结果，确定岩体主要计算参数模量 E,,=15GPa、泊松比／z=0．25、黏聚力 c=1．0、内摩擦角 go=48。。模 型四周法向约束 ，底部三向约束，地表自由lll。根据勘测及力 学试验 ，地下洞室区域岩体初始地应力：(1)0m≤z≤162m， 一12．099 2+0．0608z， 一8．775 9+0．044 lz；(2)162m ≤ 199m， ．407+0．01lz，o-r=-0．407+0．01lz；(3)z方向： 一lOpz； (4) r f = =0．0。其中，x,y、z为坐标方向(水平顺水流方向、 水平厂房轴向和竖向)， 、o-r、 为各方向的正应力， 、r 为各方向的剪应力；p为岩体密度。 3 开 挖 模 拟 及 分 析 厂房和调压室共分为 7层，主变洞共分为 4层，通过模拟 开挖全过程，获取围岩的变形、应力、塑性区等力学响应状态 表 3给出了三大洞室开挖过程中的力学行为及演化。 可见，各层开挖过程中，变形量、二次应力、塑性区深度等 均不大 ，处于安全状态 ；变形较大部位、塑性区深度最大部位 主要位于边墙中部，与应力松弛部位基本一致 ，表明围岩变形 和塑形损伤主要由开挖后应力松弛导致，后续支护设计应重 点考虑；主变洞开挖完成后，厂房和调压室的后续开挖对主变 洞力学状态未产生明显影n1~[31。应力集中程度在墙角或洞室交 叉部位较明显 ，边墙 、底板中部等部位应力松弛明显，但未出 现明显的拉应力。 4 结 语 东非某电站围岩条件较好，地应力水平不高，通过三维数 值仿真计算可知 ，开挖过程中洞室整体稳定性良好，支护的重 点是应力松弛部位。( 及演化过程，本文以 1 母线洞竖直剖面为例进行分析。表 1～ 【参考文献】 表 1 厂房围岩力学行为演化 【1】陈景涛，朱进明，苏国韶．高地应 开