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自从我国大力进行西部大开发以来,我国西部,尤其是西南部,涌现了大批水利水电工程,促进了地下工程的蓬勃发展。但由于我国西南部工程地质条件复杂,如何在地应力条件较为复杂的情况下进行安全的地下工程的开挖与施工,如何对大跨度高边墙的地下洞室围岩稳定性进行比较客观,全面的认识,具有十分重要的现实意义。金沙江下游乌东德水电站右岸地下厂房区域工程地质条件复杂,其厂房位于山体内部,且开挖规模与跨度巨大,在众多水利水电工程中总体建设难度较大。本文以乌东德右岸地下厂房主厂房(主厂房开挖尺333.00m×30.50m×89.80m,为典型城门洞型)为例,采用以FLAC3D方法为主的数值模拟方法,对乌东德水电站右岸主厂房的变形特征及其整体稳定性评价,得到如下研究成果:(1)乌东德水电站右岸洞室区围岩稳定性因素分析:乌东德水电站右岸地下洞室围岩稳定性问题主要是岩体结构对地下厂房围岩变形起控制作用,而断层等地质构造则为变形破坏提供边界条件;开挖过程中基本不会出现岩爆等地应力引起的围岩变形破坏现象,但会使厂房拱座和边墙变形相较于其他部位加大。其他因素(如爆破,地下水等)则对洞室整体围岩变形影响较小。(2)围岩分级:通过对围岩分类标准的研究,最终根据(《水利发电工程地质勘察规范》GB50287-2008)进行了洞室围岩分类研究。洞室围岩分类采用岩石强度、岩体完整程度、主要结构面(层面)状态、地下水状态、主要结构面(层面)产状与地下建筑物轴线关系等五个主要因素进行综合评分,将围岩类别分为Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级,其中Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类各分两个亚类。结果表明围岩类别为Ⅱ类与Ⅲ类、极少量Ⅳ类,面积比分别约41%,约58%,约1%(Ⅳ类位于上游边墙9#~10#机之间薄层小夹角段,位于桩号YC=1+185~1+207高程841.5~804m)。其中,顶拱Ⅱ类与Ⅲ类分别约占55%、45%,上游边墙Ⅱ类与Ⅲ类及Ⅳ类分别约占13%、83%、4%,下游边墙Ⅱ类与Ⅲ类分别约占48%、52%。(3)右岸主场房块体稳定性研究:通过对洞室顶拱与边墙的块体形成机理和破坏机理研究,做出了洞室围岩变形主要破坏模式(即顶拱块体冒落抽滑型破坏和边墙滑移倾倒破坏)预测。同时对右岸主厂房典型大方量块体进行稳定性计算,顶拱大方量块体稳定性在1.2以下,下游边墙大方量块体稳定性2.01大于1.25安全值大于上游边墙大方量块体1.18;在安全系数取1.25的情况下,通过随机节理与洞室临空面相互组合计算,上下游边墙随机块体方量巨大,处于稳定状态;两侧端墙块体安全系数均大于1.25,也较为稳定;顶拱随机块体稳定性极差,开挖后立即破坏,需要及时进行支护。(4)围岩应力场:本文使用FLAC3D有限差分软件进行了乌东德水电站右岸地下厂房概化模型建立,模拟地下洞室初始应力状态和开挖后洞室围岩应力应变变化特征。开挖完成后,应力场变化较为明显,根据最大主应力云图与最小主应力云图来看,洞室围岩应力主要以压应力为主,最大主应力集中于洞室两侧拱座与底角,应力值在-1.3MPa~-1.5MPa之间。洞室围岩最小主应力在洞室侧拱及上下游边墙底角稍大,约为-0.5MPa,边墙与底板压最小主应力值一般在-1MPa左右。(5)围岩变形与位移特征:洞室开挖后洞室围岩符合整体向临空面方向进行回弹卸荷规律,洞室顶拱变形大于底板变形,两侧端墙变形自上而下呈递减态势,变形最大不超过5cm,一般3cm左右。两侧边墙卸荷作用突出,开挖完成后以洞顶位移变形最大,而后边墙上部变形大于边墙底部。(6)塑性区:从开挖结果来分析,7#机断面塑性区沿大跨度高边墙洞室边墙展布,塑性区域主要沿上下两侧边墙及底板分布,顶拱仅发生局部破坏,边墙塑性区破坏深度约为5m左右,底板部位塑性破坏深度3m左右。(7)围岩工程地质分段综合评价:本文最后对所有章节进行梳理,对右岸主厂房进行了分段综合评价。根据第三章洞室围岩分级成果可知,洞室围岩总体以Ⅱ、Ⅲ类为主,极少数部位为Ⅳ类。在此基础上进行了右岸主厂房围岩稳定性分段评价工作,将右岸主厂房洞室围岩进一步细分为Ⅱ1,Ⅱ2,Ⅲ1,Ⅲ2,Ⅳ等5类围岩,并完成了右岸主厂房顶拱及上下游边墙分段地质评价表。