地下洞室围岩岩体结构量化研究及块体稳定性评价 ——以金沙江鲁地拉电站为例

论文摘要

本文通过对金沙江鲁地拉电站的多次野外调研，充利用地面调查以及勘探平洞内收集的丰富资料，以坝址所处的地质背景入手，从地下洞室围岩的岩体结构、围岩工程地质分类、局部块体稳定、整体变形稳定等几个方面对地下洞群的稳定性展开研究。结合该项具体工程，指出了一般地下洞室稳定性研究中存在的一些问题和不足，从技术方法和研究思路上对洞室稳定性评价作出了完善和补充。 在对洞室围岩岩体结构的研究中，通过对坝址区交通线路揭露的大范围基岩露头以及各个勘探平洞的详细统计，获得了裂隙的迹长L与出露宽度w的线性关系，从而得以用平洞内局限基岩面上出露裂隙的宽度来求取裂隙的最大迹长；将裂隙迹长密度指标引入到岩体结构划分中，分别用优势裂隙间距和单位面积裂隙迹长密度对鲁地拉电站地下洞室围岩的岩体结构进行了划分；以裂隙迹长密度为基本量化指标，利用移动平均的原理与方法，研究了洞壁裂隙分布的疏密程度，并将岩体结构类型与裂隙迹长密度对应起来，依据裂隙迹长密度等值线图定量地描述了岩体结构的平面分布特征；结合断层泥的力学试验研究，参照现行规范，讨论了坝址区特别是地下洞室范围内揭露的各类结构面力学参数的取值问题。 在对洞室围岩工程地质分类的研究中，讨论了几个主要分类指标的取值方法，分析了目前工程中普遍采用的测线法获取RQD的不足之处，提出了利用勘探平洞洞壁裂隙迹长密度换算RQD的方法，并与测线法获取的RQD进行了对比；对PD8-1勘探平洞进行了声波测试，获得了各个洞段单元内岩体的完整性系数，利用完整性系数与RQD的对应关系，分别计算了用测线法与裂隙迹长密度法获得的RQD所对应的完整性系数，对比了它们与实测波速资料获得的完整性系数的接近程度；采用多种分类方案，分别以密度法和测线法所获得的RQD（包括完整性系数）对地下洞室勘探平洞所揭露的围岩类型进行了划分。 在局部块体稳定性分析中，考虑了构成不稳定块体边界的结构面的有限性特征，按圆盘模型建立了结构面的空间方程，从构成块体的几何要素出发，详细讨论了互不平行的三组结构面与临空面交切所形成的可动四面体以及互不平行的四组结构面与临空面交切所形成的可动五面体的判别条件；讨论了多组结构面与临空面交切所形成交点、交线与各个平面的拓补对应关系，提出了从上述交点中

论文目录

• 1 引言
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地应力的研究现状
• 1.2.2 结构面迹长的研究现状
• 1.2.3 岩体结构划分的研究现状
• 1.2.4 岩石质量指标获取的研究现状
• 1.2.5 局部块体稳定性研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 1.5 主要研究成果
• 2 区域地质概况
• 2.1 区域地貌
• 2.2 区域构造
• 2.3 区域应力特征
• 2.4 区域地层
• 2.5 地震活动性
• 3 坝址区工程地质条件
• 3.1 地形地貌
• 3.2 地层岩性
• 3.3 地质构造
• 3.4 水文地质条件
• 3.5 物理地质现象
• 4 岩体结构划分
• 4.1 概述
• 4.2 结构面空间发育特征
• 4.2.1 坝址区断层发育特征
• 4.2.2 坝址区裂隙发育特征
• 4.2.3 地下洞室群裂隙发育特征
• 4.3 结构面精测
• 4.4 结构面特征性指标
• 4.4.1 结构面迹长
• 4.4.2 结构面间距
• 4.4.3 单位节理数及单位迹长密度
• 4.4.4 岩体完整性系数 Kv
• 4.5 岩体结构类型划分
• 4.5.1 岩体结构类型划分
• 4.5.2 岩体结构类型的定量描述
• 4.6 结构面力学参数
• 4.6.1 裂隙的力学参数
• 4.6.2 断层泥的力学参数
• 5 地下厂房围岩分类
• 5.1 概述
• 5.2 围岩分类评价原则
• 5.2.1 分类评价的基本原则
• 5.2.2 评价单元大小的确定
• 5.2.3 评价单元边界的确定
• 5.3 围岩分类主要指标的选取
• 5.3.1 岩石饱和单轴抗压强度Rb
• 5.3.2 岩石质量指标 RQD
• 5.3.3 岩体的完整性系数 Kv
• 5.3.4 结构面间距
• 5.3.5 地应力水平
• 5.3.6 其他指标
• 5.4 平洞围岩类型划分
• 5.4.1 厂房平洞围岩类型划分
• 5.4.2 主变室平洞围岩类型划分
• 5.5 围岩分类综合评价
• 6 地下洞室块体稳定性分析
• 6.1 块体边界条件的确定
• 6.1.1 临空面的空间表述
• 6.1.2 结构面的空间表述
• 6.1.3 块体顶点的求解
• 6.2 可动块体的判别条件
• 6.2.1 判别块体可动性的基本思路
• 6.2.2 可动块体的判别
• 6.3 块体几何参数的确定
• 6.3.1 四面体的几何分析
• 6.3.2 五面体的几何分析
• 6.4 块体的运动学分析
• 6.4.1 静力平衡方程
• 6.4.2 一般块体的运动学分析
• 6.4.3 特殊块体的运动分析
• 6.4.4 稳定性计算
• 6.5 工程运用
• 6.5.1 主厂房不稳定块体
• 6.5.2 主变室不稳定块体
• 7 地下洞室群整体变形稳定性分析
• 7.1 概述
• 7.2 三维计算模型的建立
• 7.2.1 坐标系的确定
• 7.2.2 洞室几何尺寸
• 7.2.3 计算模型
• 7.3 计算参数及工况考虑
• 7.3.1 计算参数
• 7.3.2 工况考虑
• 7.4 围岩变形稳定性评价准则
• 7.5 计算成果及分析
• 7.5.1 工况1条件下洞的应力分布及变形位移特征
• 7.5.2 工况2条件下洞室的应力分布及变形位移特征
• 7.5.3 洞室群整体稳定性特征
• 7.6 岩爆发生的可能性评价
• 7.6.1 岩爆的判别方法
• 7.6.2 地下洞室围岩的强度条件
• 7.6.3 地下洞室围岩的应力条件
• 7.6.4 岩爆的可能性评价
• 8 结论
• 8.1 主要认识与结论
• 8.2 创新之处
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介