水電站地下洞室數(shù)值模型及圍巖穩(wěn)定性評價方法分析

摘 要：通過對主廠房和主變室的不穩(wěn)定塊體支護前和支護后的對比分析，利用數(shù)值仿真分析軟件ANSYS對地下廠房洞室群穩(wěn)定進行有限元數(shù)值仿真分析。主廠房不穩(wěn)定塊體個數(shù)洞頂最多，其次是上游邊墻；但不穩(wěn)定塊體體積總合則上游邊墻最多，占總數(shù)的2/3多。與斷層相關(guān)組合的不穩(wěn)定塊體體積占總數(shù)的50%。而斷層相關(guān)組合中不穩(wěn)定塊體體積量最大的有個斷層。淺層部位的石塊塊體體積較小，在實際工程中可以采用錨桿支付的形式進行加固。若在開挖過程中局部出現(xiàn)更小掉塊，并且掉塊在支護前發(fā)生，在工程中可以適當采取超前支護的形式。

關(guān)鍵詞：水電站；地下洞室；數(shù)值模型；圍巖穩(wěn)定；評價方法

1 有限元模型

二維分析剖面見圖1，二維分析剖面考慮了，地下廠房洞室及周圍5倍洞徑圍巖。模型中考慮了巖性分界線、巖層分界線、斷層F77以及洞周噴錨支護。二維有限元離散模型見圖2，邊界條件：底邊固定固定約束，側(cè)面法向約束，上邊為自由表面。

2 物理力學參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘探提供的地質(zhì)參數(shù)和數(shù)據(jù)并結(jié)合P.D.18、P.D.02平硐、鉆孔揭露及地表的測繪。地下廠房區(qū)地志特性復雜多樣，地質(zhì)主要發(fā)育為NNW向、NNE向的高傾角結(jié)構(gòu)面及緩傾角式結(jié)構(gòu)面。圍巖為新鮮巖石至微風化的石英二長巖（花崗巖）其強度高，并且?guī)r體多為完整至較完整的塊狀結(jié)構(gòu)，巖體布置及巖層走向結(jié)合緊密。其中圍巖類別主要以Ⅱ、Ⅲ、IV類，局部處于斷層破碎帶的巖石為V類。其中地下廠房洞室圍巖參數(shù)選取見下表：

3 圍巖穩(wěn)定性評價方法

作者根據(jù)錨桿實測的拉巴力應(yīng)小于錨桿的允許拉拔力得出：并且由此可以來判定錨桿的安全性能。根據(jù)文獻我們可以得出，影向錨桿拉把力的主要因素主要可以包括以下5個方面：錨桿的直徑，毛干的長度、鋼筋的抗拉強度、圍巖類別以及錨桿與巖體間粘結(jié)材料的強度。因此在實際工程應(yīng)用中，在錨桿的允許拉拔力計算中，應(yīng)當把這些因素的綜合影響全部考慮進來。

噴射混凝上層安全評判：本文提出實測噴射混凝土層應(yīng)力應(yīng)小于噴射混凝土層的強度（拉、壓強度）準則：σ實測.拉<[σ拉]，σ實測.壓<[σ壓]混凝土的變形達到一定程度時將會出現(xiàn)裂縫：ε實測<[ε拉]，N實測<[N]其中，[N]為錨桿的允許拉把力，按下面兩種常規(guī)方法分別進行計算可以得出，其值按最小值進行計算：根據(jù)鋼筋的拔出情況可以得出：N=πdLτ，L為錨桿錨固段長度（m）。

4 總結(jié)

通過對主廠房和主變室的不穩(wěn)定塊體支護前和支護后的對比分析，得出：未支護前，主廠房圍巖不穩(wěn)定塊體總數(shù)為90。主廠房不穩(wěn)定塊體個數(shù)洞頂最多，其次是上游邊墻；但不穩(wěn)定塊體體積總合則上游邊墻最多，占總數(shù)的2/3多。與斷層相關(guān)組合的不穩(wěn)定塊體體積占總數(shù)的50%。而斷層F3、F6是斷層相關(guān)組合中不穩(wěn)定塊體體積量最大的兩個斷層。淺層塊體體積較小，分別為0.5立方米、2立方米，屬于表層不穩(wěn)丁塊體。在實際工程中可以采用錨干進行加固，倘若在開挖的過程中出現(xiàn)了不均勻的更小的掉塊，并且掉塊發(fā)生在支護部位前或者之間，則可以適當采取超前支護的形式。

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作者簡介：章朝峰（1988.），男，碩士，主要從事水工邊坡，巖土工程。