錦屏二級水電站深埋特長引水隧洞巖爆模擬及預(yù)測研究.pdf

1、本文從雅礱江錦屏二級水電站正在施工的交通輔助洞典型巖爆現(xiàn)象著手，結(jié)合前人的研究成果，以地質(zhì)調(diào)研為基本的分析方法，對深埋隧洞的巖爆機(jī)制進(jìn)行研究，并通過室內(nèi)相似材料的物理模型試驗(yàn)，對巖爆現(xiàn)象的形成過程和機(jī)制進(jìn)行了模擬，在此基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)綜合分析預(yù)測、強(qiáng)度應(yīng)力比判據(jù)、灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度—模糊數(shù)學(xué)綜合預(yù)測、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測等多種方法對整個(gè)引水隧洞的巖爆及其烈度進(jìn)行預(yù)測。主要獲得了以下研究成果： (1)以工程區(qū)地應(yīng)力場反演分析成果為基礎(chǔ)，對

2、引水隧洞典型斷面的二次應(yīng)力場進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出圍巖二次應(yīng)力量值較高，硐壁一般的切向應(yīng)力為90～110MPa，最大切向應(yīng)力為125MPa，隧洞開挖后二次應(yīng)力影響范圍在硐壁徑向18m范圍內(nèi)。 (2)通過對輔助洞A洞和B洞的詳細(xì)現(xiàn)場調(diào)研及其分析，得到工程區(qū)巖爆發(fā)育的基本特征，巖爆的形成機(jī)制主要以張裂—?jiǎng)兟?、彎曲鼓折和穹狀爆裂為主。其中，低等級巖爆(Ⅰ級、Ⅱ級)的破壞機(jī)制以張裂—?jiǎng)兟浜蛷澢恼蹫橹?，較高等級巖爆(Ⅲ級)的破壞機(jī)制以穹

3、狀爆裂為主。 (3)通過巖爆巖石的物理模擬研究得出，“隧洞”不同部位的“圍巖”在加載過程中呈現(xiàn)不同的應(yīng)力狀態(tài)。在中間主應(yīng)力σ2不變，最大主應(yīng)力σ1加載到25.8MPa時(shí)，邊墻部位切向壓應(yīng)力突然增加，縱向拉應(yīng)力也突然增加，“圍巖”穩(wěn)定性會發(fā)生突然的變化，易于發(fā)生脆性破壞，有發(fā)生巖爆的表現(xiàn)特征。 (4)通過相似材料的巖爆物理模擬試驗(yàn)可以得出，在模型的邊界條件保持“天然應(yīng)力”狀態(tài)下，“隧洞”開挖過程中頂拱、拱肩和邊墻部位在不同

4、的時(shí)間段內(nèi)分別有較明顯的應(yīng)力、應(yīng)變突變現(xiàn)象，聲發(fā)射計(jì)數(shù)也表現(xiàn)出劇烈增大現(xiàn)象。因此，模型試驗(yàn)較好地再現(xiàn)了巖爆現(xiàn)象。 (5)首次采用灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法對巖爆進(jìn)行預(yù)測，為巖爆提供了一種新的預(yù)測方法。 (6)通過對地質(zhì)綜合分析預(yù)測、灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分析—模糊數(shù)學(xué)預(yù)測、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測這三種方法預(yù)測結(jié)果的綜合分析，得出從引水隧洞西端開始，0～1000m段以輕微巖爆(Ⅰ級)為主；1000～6100m段以輕微巖爆(Ⅰ級