高滲壓深埋長隧洞圍巖穩(wěn)定關鍵問題研究及工程應用.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力供應需求量的不斷增加，水電站作為一種消潔環(huán)保的能源開發(fā)形式在我國得到了充分的重視，特別是在我國水電資源集中的西南巖溶地區(qū)，水電開發(fā)更是達到了前所未有的高度，這些工程的建設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)深埋長隧洞建設過程中碰到的普遍問題。如何有效

2、地解決這些問題將關系到工程建設的成敗，從現(xiàn)有的資料來看，有些隧洞的長度大但是埋深小，有些工程的埋深大但是長度小，特別是在巖溶地區(qū)修建這樣埋深大、長度大、地下水位高的隧洞工程目前國內(nèi)外還沒有先例。本文就是結(jié)合我國即將修建的錦屏二級水電站引水工程對富水區(qū)深埋長隧洞工程在設計和施工過程中遇到的一些關鍵技術問題展開了系統(tǒng)的研究。論文主要的研究內(nèi)容和研究成果如下： (1)通過對已有的地應力回歸分析方法的比較，指出在復雜工程地質(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力回歸分析方法—分區(qū)回歸、邊界插值的超大復雜工程區(qū)地應力回歸分析方法。并將該方法在實際工程中進行了應用，取得了很好的效果。這種方法可以減小在復雜工程區(qū)由于地應力實際測點代表性不足而產(chǎn)生的計算誤差，使得回歸分析得到的初始地應力場和實際工程區(qū)的應力場分布更為一致。 (2)文章按照“化動水為靜水、堵排結(jié)合”的治水思路來處理高地下水位問題，對“化動為靜，堵排結(jié)合”的思想進行了理論分析，運用滲流理論

4、研究了外水壓力作用的基本機理，進行了數(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價方法和安全評判標準。并在錦屏二級水電站引水隧洞工程中加以運用，提出了合理的治水措施和設計方案，為工程設計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，給出了各個分量力的估算公式。結(jié)合算例的計算結(jié)是來

5、看，考慮沿壁面的切向力作用在工程設計中是可以忽略的。 (4)拓展了滲流增量荷載理論，分析了施工過程中滲流場分布規(guī)律發(fā)生改變后對圍巖穩(wěn)定的影響，編制了三維增量滲流荷載理論的計算程序，在實際工程中進行了應用，這種滲流力的處理計算方法相比其他的分析方法概念上更明確，計算上更簡潔，也符合工程的實際施工過程。 (5)運用細觀損傷力學的基本理論建立了二維圍巖分析計算模型，利用這種計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過

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