地下硐室块体稳定性分析程序开发及工程应用

论文摘要

21世纪是一个充满希望的世纪，也将是人类开发和利用地下空间的世纪。随着我国基础设施投入的加大，特别是西部大开发与南水北调工程的实施，地下工程中岩体稳定性问题的研究已经越来越受到重视，地下岩体稳定性问题往往又与环境保护、资源利用和可持续发展等问题相关，因此其研究具有重要的工程意义及社会意义。块体理论是一种适合于裂隙岩体稳定性分析的工程方法。经过二十多年的发展，其理论研究日趋完善，工程应用日益广泛。本文正是基于块体理论的基本原理研究地下硐室岩体稳定性。鉴于理论仅考虑了结构面和开挖面的产状而未考虑其具体位置，不易确定块体体积及稳定性指标，并且在多裂隙工程地质条件下计算效率低等情况，采用块体理论中可实现程序化的矢量分析法，将其与地下硐室三维局部坐标体系结合，应用Visual Basic开发环境编制岩体稳定性分析程序。该程序通过输入结构面产状，测点坐标等工程数据，依次分析各关键块体，得到其顶点坐标、体积、稳定系数等相关信息，实现在多裂隙条件下地下硐室围岩稳定性分析。通过ActiveX Automation技术，程序实现与AutoCAD连接，依靠AutoCAD强大的绘图能力，建立地下硐室实体模型，三维展示关键块体在空间中的位置和几何形态。荒沟水电站地下硐室群开挖区围岩裂隙较发育，因此确定硐室群开挖面上可能产生的块体及其稳定性对工程施工意义重大。综合考虑荒沟水电站地下硐室群地质条件及其裂隙较多的特点，本文将该程序应用于荒沟水电站地下硐室群围岩稳定性分析中，得到可能失稳块体的几何参数与空间位置。再将计算结果进行深入分析，确定出关键区域与关键裂隙，从而为工程开挖施工提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景及意义
• 1.2 块体理论国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 程序基础
• 1.3.1 Visual Basic
• 1.3.2 AutoCAD
• 1.4 本文研究内容
• 2 块体理论介绍
• 2.1 块体理论的基本假定、研究方法和特点
• 2.2 块体的分类及定义
• 2.2.1 块体的类型
• 2.2.2 各类块体的定义
• 2.2.3 棱锥的类型
• 2.3 空间块体的数学表达式
• 2.4 块体的有限性与可动性
• 2.4.1 块体理论两个定理
• 2.4.2 矢量分析法判断
• 2.5 块体运动形式判断
• 2.5.1 力的平衡方程
• 2.5.2 运动学分析
• 2.5.3 运用矢量分析方法判别块体的运动形式
• 2.6 关键块体的判别方法
• 2.6.1 块体脱离岩体运动
• 2.6.2 块体沿单面滑动
• 2.6.3 块体沿双面滑动
• 2.7 赤平投影法介绍
• 3 块体自动化分析及可视化实现
• 3.1 块体顶点坐标的确定
• 3.1.1 地下硐室坐标系与洞壁面方程式
• 3.1.2 建立结构面方程
• 3.1.3 求解顶点坐标
• 3.2 块体几何参数的确定
• 3.2.1 平面四面体
• 3.2.2 曲面四面体
• 3.2.3 复合块体
• 3.3 块体失稳方式解析
• 3.3.1 无约束条件
• 3.3.2 完全约束条件
• 3.3.3 单面约束条件
• 3.3.4 双面约束条件
• 3.4 稳定系数求解
• 3.4.1 沿单面滑动
• 3.4.2 沿双面滑动
• 3.5 AutoCAD二次开发
• 3.5.1 程序开发步骤
• 3.5.2 AutoCAD对象模型
• 3.5.3 图形绘制要点
• 3.6 程序介绍
• 3.6.1 界面功能介绍
• 3.6.2 计算结果对比
• 4 工程应用
• 4.1 工程地质概况
• 4.1.1 地下厂房系统
• 4.1.2 探硐概况
• 4.2 计算数据
• 4.2.1 地下硐室群基本参数
• 4.2.2 结构面产状
• 4.3 计算结果
• 4.3.1 地下主厂房
• 4.3.2 主变室
• 4.3.3 尾闸室
• 4.4 计算结果深度分析
• 4.4.1 关键区域
• 4.4.2 关键裂隙
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢