龙滩水电站地下厂房洞室群围岩稳定性研究

论文摘要

龙滩水电站地下厂房是目前世界上在建的最大地下厂房之一，其引水发电系统包括119条洞室，洞室总长度达30km，分别布置在大坝左岸不到0.5km~2的山体内，山体内洞室上下重叠，纵横交错，是名副其实的地下洞室群系统。龙滩水电站地下厂房主要由主厂房、母线洞及主变室构成，属于大跨度、高边墙、近距离地下洞室群。研究地下厂房洞室群围岩的稳定性，对于支护结构设计，确保地下厂房在运营期的安全生产具有重要意义。结合国家重点工程——龙滩水电站地下洞室群，本文深入研究了地下洞室群的岩体力学环境条件，确定了厂房围岩区的初始应力场和边界应力条件。在此基础上，应用ADINA自动动态增量非线性有限元程序对龙滩水电站地下洞室群建立了三维弹塑性有限元计算模型模拟洞室群的开挖。计算分析了主要洞室及关键部位围岩的应力状态和变形特征，并对围岩参数进行了敏感性分析。计算分析表明：与水平层状岩层中的洞室开挖相比较，位于陡倾角层状岩体中的龙滩水电站地下厂房洞室群围岩的变形具有明显的非对称特征，围岩在开挖过程中明显沿层面错动。总体变形以主厂房最大，洞室群围岩稳定性较好。通过敏感性分析结果得出，参数E、μ、c、φ、σ等的不同对洞室围岩位移的影响是截然不同的，即使是同一个参数的变化对不同部位的影响也是有所差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 影响地下厂房围岩稳定的主要因素
• 1.2.1 岩体地质结构
• 1.2.2 地应力
• 1.2.3 岩体力学性质
• 1.2.4 工程因素
• 1.2.5 地下水
• 1.3 地下洞室围岩稳定的分析方法
• 1.3.1 地质分析法
• 1.3.2 工程类比法
• 1.3.3 岩体结构分析法
• 1.3.4 模型及原形实验分析法
• 1.3.5 数值分析法
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 地下洞室数值计算的基础理论研究
• 2.1 地下洞室施工力学基本理论
• 2.1.1 洞室施工力学基本概念
• 2.1.2 洞室施工力学基本原理
• 2.1.3 地下洞室施工力学效应
• 2.2 洞室开挖模拟的基本方法
• 2.2.1 反转应力释放法
• 2.2.2 空单元法
• 2.2.3 混合法
• 2.2.4 各种方法比较
• 2.2.5 开挖模拟难点分析
• 2.2.6 应力释放率
• 2.3 洞室支护或预加固措施的模拟
• 2.3.1 锚杆支护的力学模拟
• 2.3.2 网喷混凝土的力学模拟
• 2.4 小结
• 第三章 龙滩水电站地下厂房洞室群围岩稳定性分析
• 3.1 弹塑性有限元基本理论
• 3.1.1 弹塑性体力学模型
• 3.1.2 弹塑性体本构关系基本理论
• 3.1.3 岩土体无拉力有限元分析
• 3.1.4 材料的几何非线性
• 3.1.5 有限变形弹塑性有限元列式
• 3.1.6 有限变形弹塑性问题的求解方法
• 3.2 有限元数值计算力学模型
• 3.2.1 计算范围的确定
• 3.2.2 单元的划分原则
• 3.2.3 混凝土喷层的模拟
• 3.3 ADINA有限元软件介绍
• 3.4 龙滩电站地下洞室群围岩应力状态的三位有限元分析
• 3.4.1 工程概况
• 3.4.2 工程特点及难点
• 3.4.3 模型的建立
• 3.4.4 计算结果与分析
• 3.5 围岩稳定性评价
• 第四章 围岩参数敏感性分析
• 4.1 概述
• 4.2 敏感性分析方法
• 4.3 龙滩电站地下厂房围岩稳定性的敏感性参数分析
• 第五章 结论
• 5.1 主要结论与认识
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录