高滲壓深埋長(zhǎng)隧洞圍巖穩(wěn)定關(guān)鍵問題研究及工程應(yīng)用.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力供應(yīng)需求量的不斷增加，水電站作為一種消潔環(huán)保的能源開發(fā)形式在我國(guó)得到了充分的重視，特別是在我國(guó)水電資源集中的西南巖溶地區(qū)，水電開發(fā)更是達(dá)到了前所未有的高度，這些工程的建設(shè)需要我們修建大量的地下工程。西南地區(qū)屬于典型的高山峽谷、富水山區(qū)，根據(jù)已建和待建工程的前期勘探發(fā)現(xiàn)，在這些地區(qū)修建地下工程將遇到很多的挑戰(zhàn)，其中高地應(yīng)力和巖爆問題、高外水壓力和大涌水問題是這些富水區(qū)深埋長(zhǎng)隧洞建設(shè)過程中碰到的普遍問題。如何有效

2、地解決這些問題將關(guān)系到工程建設(shè)的成敗，從現(xiàn)有的資料來看，有些隧洞的長(zhǎng)度大但是埋深小，有些工程的埋深大但是長(zhǎng)度小，特別是在巖溶地區(qū)修建這樣埋深大、長(zhǎng)度大、地下水位高的隧洞工程目前國(guó)內(nèi)外還沒有先例。本文就是結(jié)合我國(guó)即將修建的錦屏二級(jí)水電站引水工程對(duì)富水區(qū)深埋長(zhǎng)隧洞工程在設(shè)計(jì)和施工過程中遇到的一些關(guān)鍵技術(shù)問題展開了系統(tǒng)的研究。論文主要的研究?jī)?nèi)容和研究成果如下： (1)通過對(duì)已有的地應(yīng)力回歸分析方法的比較，指出在復(fù)雜工程地質(zhì)條件下采用現(xiàn)

3、有回歸方法的不足，從而提出了一種新的地應(yīng)力回歸分析方法—分區(qū)回歸、邊界插值的超大復(fù)雜工程區(qū)地應(yīng)力回歸分析方法。并將該方法在實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了很好的效果。這種方法可以減小在復(fù)雜工程區(qū)由于地應(yīng)力實(shí)際測(cè)點(diǎn)代表性不足而產(chǎn)生的計(jì)算誤差，使得回歸分析得到的初始地應(yīng)力場(chǎng)和實(shí)際工程區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)分布更為一致。 (2)文章按照“化動(dòng)水為靜水、堵排結(jié)合”的治水思路來處理高地下水位問題，對(duì)“化動(dòng)為靜，堵排結(jié)合”的思想進(jìn)行了理論分析，運(yùn)用滲流理論

4、研究了外水壓力作用的基本機(jī)理，進(jìn)行了數(shù)值分析，給出了隧道開挖過程中涌突水的估算方法，建立了一套完整的滲流評(píng)價(jià)方法和安全評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。并在錦屏二級(jí)水電站引水隧洞工程中加以運(yùn)用，提出了合理的治水措施和設(shè)計(jì)方案，為工程設(shè)計(jì)和施工提供了理論上的保障。 (3)從單裂隙立方定律的基本理論出發(fā)，推導(dǎo)襯砌和圍巖脫離形成過水縫隙后外水壓力的作用形式，將外水作用分為平行于壁面的切向力和垂直于壁面的法向力，給出了各個(gè)分量力的估算公式。結(jié)合算例的計(jì)算結(jié)是來

5、看，考慮沿壁面的切向力作用在工程設(shè)計(jì)中是可以忽略的。 (4)拓展了滲流增量荷載理論，分析了施工過程中滲流場(chǎng)分布規(guī)律發(fā)生改變后對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響，編制了三維增量滲流荷載理論的計(jì)算程序，在實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用，這種滲流力的處理計(jì)算方法相比其他的分析方法概念上更明確，計(jì)算上更簡(jiǎn)潔，也符合工程的實(shí)際施工過程。 (5)運(yùn)用細(xì)觀損傷力學(xué)的基本理論建立了二維圍巖分析計(jì)算模型，利用這種計(jì)算模型分析了地下洞室由于開挖卸荷造成圍巖破壞的整個(gè)過

6、程。引入等效分析模型概念，進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)，得到了由于開挖卸荷造成破碎區(qū)圍巖力學(xué)性能降低的基本規(guī)律(主要力學(xué)參數(shù)降低在35％左右)，建立了圍巖細(xì)觀破壞程度與宏觀巖體力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系。 (6)系統(tǒng)分析總結(jié)了地下洞室的圍巖的受力特點(diǎn)和圍巖破壞的力學(xué)機(jī)理，從不同角度深入分析了錨桿加固圍巖體的基本作用機(jī)理和加固理論。在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了FLAC3D中錨桿單元的力學(xué)模型，使之更加符合工程實(shí)際。在實(shí)驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上建立了全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿的數(shù)學(xué)