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在洞室施工过程中,由于岩体天然应力状态遭到破坏,引起洞室周围岩体的卸荷回弹和应力重分布,当这种回弹应力和重分布应力超过围岩所能承受的范围时,将造成某些块体沿着结构面失稳,进而造成工程岩体的失稳破坏,给施工带来严重威胁,直接影响施工的安全和进度。
石根华博士在二十世纪80年代正式提出块体理论(BlockTheory),近些年随着认识和研究的深入,块体理论的研究方法已经形成了一定的体系,可以说是被广泛的接受。可以说块体理论是针对过去将岩体作为弹性的均质连续体来研究而提出的另一种完全不同的研究方法。块体理论认为,岩体是一种非均质连续体,它由断层、节理裂隙、层面以及软弱夹层等结构面及被这些结构面切割而成的坚硬或半坚硬岩块(即结构面)所组成。运用该理论对岩体进行稳定性分析时,把岩体看作是刚性块体组成的结构体,破坏机理为刚性块体沿软弱结构面滑移,力学模型为刚性平移。
FlaC3d是由美国Itasca公司开发出来的三维快速拉格朗日分析计算程序,该程序主要是较好的模拟材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳以及大模型变形。该程序主要有以下的特征:应用广泛,可以模拟复杂的岩土工程或者力学工程;内嵌有可使用户自定义变量、函数等的语言程序FISH;具有强大的前后处理功能,可以生成复杂的三维网格,可以对结果进行实时分析,可以绘制出等值线图、矢量图等。
本文以贵州省鱼简河水库为工程依托,结合工程地质条件,分析围岩的优势结构面,根据结构面参数、岩块参数、岩体参数等进行基于Unwedge软件的块体稳定性评价,并将程序结果与Flac3d有限元分析的结果进行对比,从而得出较可靠的分析结果。该研究对地下洞室围岩稳定性分析具有重要的指导意义和工程实用价值。
本文的主要内容如下:
(1)通过对水库地区的工程地质条件进行勘测研究,同时对导流洞的内部岩性结构面等也进行了研究,从而将导流洞隧洞按岩性分为了四段,分别为A、B、C、D四段。其中C段为泥岩,B段为泥质白云岩,A、D段均为灰岩,因走向改变而分为两段。
(2)根据A、B、C、D四条测线的测量资料,也就是4条测线的结构面产状数据,绘制出了结构面的走向玫瑰花图及相应的结构面等密度图,确定了各条测线段上面的优势结构面。
(3)运用块体理论对围岩的稳定性进行分析。运用块体理论的基本原理,通过已经获得的A、B、C、D各段的优势结构面以及各种岩体参数来对围岩的稳定性进行了分析,寻找出了最大可能的关键块体。根据各个块体的稳定性系数,可以确定在A、B、C、D测线段围岩稳定性比较好,也就是说导流洞的围岩稳定性较高。
(4)运用Flac3d程序对导流洞围岩进行分析。同样针对A、B、C、D各段的导流洞断面进行数值模拟分析,模拟计算出了最大、最小主应力以及竖直方向的变形情况。根据A、B、C、D各测线段模拟出来的结果可以分析出各段的稳定性较好,同样也表明了导流洞的围岩稳定性较高。
(5)对于两种方法的分析结果进行对比比较。通过块体理论的分析结果与Flac3d的模拟结果进行对比,笔者认为在实际工程中将两中方法结合起来运用对设计施工具有很重要的指导意义。