糯扎渡水电站大跨度高边墙地下厂房围岩稳定性研究

论文摘要

复杂地质条件下大跨度、高边墙地下洞室围岩稳定性研究是水利水电工程勘测、设计、施工、运行中的重要地质工程问题。在大量工程实践和研究工作中,国内外学者已建立一套关于围岩稳定性评价较为完整的理论体系。但在实际的工程中,特别是对于糯扎渡这种边墙高、跨度大的地下厂房的围岩稳定性问题,还缺少系统的评价方法。本文以糯扎渡水电站大型地下厂房为典型实例,通过对复杂岩体结构条件的准确描述和模型的建立,遵循大型地下洞室整体变形稳定性和局部块体稳定性评价相结合的基本学术思想,评价了复杂环境下大型地下洞室围岩稳定性,提出了支护方案的建议。在系统的研究工作中取得了如下研究成果：(1)应用复杂环境下大型地下洞室围岩稳定性和支护方案确定的工程地质评价方法,系统地评价了糯扎渡水电站大型地下厂房的围岩稳定性,并基于洞室围岩稳定性状况和可能的变形失稳模式提出了支护措施的建议。(2)查清了地下洞室工程区的地质条件,认为该区岩体结构的形成经历了复杂的构造改造过程。该区主要构造迹象表现为断层和节理,其中F1、F3规模最大,以F1断层及F3断层为界,可以将糯扎渡左岸分为三个大的工程地质区。其中,地下厂房布置在工程地质条件最好的C区。(3)应用岩体质量分级的最新成果,对洞室区和左岸工程区的岩体质量进行了总体分级。并根据监测资料,反演分析了岩体的力学参数,反演结果和实测资料吻合较好。(4)通过对糯扎渡地下厂房各级结构面资料的收集、统计和整理,分析其组合关系,确定不稳定块体、潜在不稳定块体和随机块体。在此基础上,利用块体理论和矢量分析法,采用SASW软件,对地下厂房的局部稳定性进行了分析和总结。重点研究了地下厂房各类块的形成机制,失稳方式以及稳定性分析,为地下洞室的局部稳定性评价和支护设计提供了依据。(5)在对工程区岩体结构模型进行概化的基础上,利用复杂岩体建模的基本理论和方法,采用Flac3D模拟了地下厂房开挖后围岩的应力、变形、塑性区的分布特征,且对其进行了系统的分析和总结。为洞室的稳定性评价和支护设计提供了基础资料和理论依据。(6)基于以上研究成果,结合洞室围岩可能的失稳模式,综合新奥法和挪威法的特点,提出相应的支护参数。实际开挖结果表明,支护后围岩的稳定性状态可以满足地下洞室安全的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 地下洞室发展现状
• 1.3 国内外地下洞室围岩稳定性研究现状
• 1.4 研究内容和技术路线
• 1.5 主要工作和取得的成果
• 1.5.1 完成的主要工作
• 1.5.2 取得的主要成果
• 第二章 研究区地质条件
• 2.1 区域地质背景
• 2.2 地形地貌
• 2.3 地层岩性
• 2.3.1 岩浆岩地层
• 2.3.2 沉积岩地层
• 2.3.3 第四系地层
• 2.4 地质构造
• 2.4.1 断层
• 2.4.2 节理
• 2.5 地应力条件
• 2.6 水文地质条件
• 2.6.1 地下水赋存条件
• 2.6.2 岩体透水性
• 2.6.3 地下水补径排途径
• 2.6.4 地下水水化学特征
• 2.7 地震条件
• 2.8 小结
• 第三章 地下厂房区岩体结构特征分析及岩体质量分级
• 3.1 结构面的工程地质分级原则
• 3.2 厂房区各类结构面特征及其对岩体结构的控制
• 3.2.1 主要断层及其结构特征分析
• 3.2.2 挤压面和节理及其结构特征分析
• 3.3 结构面力学特性分析及力学参数取值研究
• 3.3.1 结构面物理力学特性现场试验
• 3.3.2 结构面抗剪强度现场大剪切试验
• 3.4 岩体质量分级标准
• 3.4.1 工程岩体分级标准（GB50218-94）
• 3.4.2 水利水电围岩工程地质分类（GB50287-99）
• 3.4.3 岩体地质力学RMR分类（Bineniwaski,1973）
• 3.4.4 岩体质量指标Q分类
• 3.5 岩体质量综合分级
• 3.6 岩体力学参数取值
• 3.6.1 地下洞室岩体综合取值和分类
• 3.6.2 厂房试验洞参数反分析
• 3.7 小结
• 第四章 地下厂房块体稳定性分析
• 4.1 地下洞室块体稳定性分析的基本原理
• 4.1.1 块体理论概述
• 4.1.2 洞室不稳定块体的几何分析
• 4.1.3 洞室不稳定块体的运动学分析
• 4.1.4 块体稳定性评价
• 4.2 地下厂房的块体稳定性分析
• 4.2.1 块体边界的确定
• 4.2.2 潜在不稳定块体的确定
• 4.2.3 块体边界力学参数的确定
• 4.2.4 地下厂房的块体稳定性评价
• 4.2.5 随机块体稳定性分析
• 4.3 小结
• 第五章 地下厂房变形稳定性分析
• 5.1 概述
• 5.2 复杂地质体的建模方法
• 5.3 地下厂房变形稳定性分析
• 5.3.1 模型的建立
• 5.3.2 计算过程的设计
• 5.3.3 初始阶段结果分析
• 5.3.4 洞室开挖及开挖完成后结果分析
• 5.4 小结
• 第六章 支护设计建议
• 6.1 地下洞室的失稳模式和支护设计原则
• 6.2 支护设计的基本理论和方法
• 6.3 地下厂房支护设计建议
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表的论文和参加的科研活动
• 附录B 图版