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在水电站地下厂房的施工过程中,由于岩体天然应力遭到破坏,伴随着地下洞室开挖,相应的产生整体或部分块体移动,将有可能导致地下洞室在施工期间产生大规模塌方甚至报废,严重影响施工人员的生命安全和施工进度,因此,地下洞室围岩稳定性评价一直是工程地质学研究的重要课题,地下工程围岩稳定性的研究,对于支护结构设计,确保地下工程安全有序的进行是施工具有重要的意义。
大岗山水电站是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一,地下厂房布置在左岸Ⅰ~Ⅲ线,由主厂房、主变室、尾水调压室三大地下洞室及母线洞、尾水连接洞等组成。三大洞室平行布置,轴线方向N55°E,垂直埋深390m~520m,水平埋深310m~530m。围岩主要为灰白色、微红色中粒黑云二长花岗岩(γ24-1),局部穿插辉绿岩脉。地下洞室跨度大、边墙高、洞室交错且多属重点工程的主体部分。
选题是结合本人硕士研究生阶段的专业背景和主要研究方向以及导师近年来从事的主要研究领域而确定地下洞室围岩稳定性分析及评价这一方向。而围岩的稳定性分析与块体的稳定性有着密切的关系。因此块体稳定性是研究地下开挖工程的一项极为重要的内容,本文就是通过利用关键块体理论的原理,结合大岗山水电站地下主厂房的工程地质背景,选取“关键块体理论在大岗山水电站地下主厂房围岩稳定性分析中的应用”为题进行硕士论文的撰写。取得的研究成果主要包括如下:
(1)地下厂房洞室围岩稳定性分析是地下工程设计和施工的基础,而围岩是否稳定很大程度上决定于当地的地质条件。通过分析,可以知道大岗山水电站地下主厂房围岩岩性主要为灰白色、微红色中粒黑云二长花岗岩(γ24-1),局部穿插有辉绿岩脉及断层破碎带,围岩类别整体以Ⅱ、Ⅲ类为主,局部在断层破碎带及辉绿岩脉处为Ⅳ、Ⅴ类围岩,围岩整体稳定性较好,具备修建大型地下厂房的条件,并且这种地下厂房的地质条件比较适合运用关键块体理论对围岩稳定性进行分析。
(2)运用关键块体理论对主厂房围岩稳定性进行了系统的分析,关键块体理论的核心部分是找出关键块体,而块体是由结构面构成的。本文就是以大岗山水电站地下主厂房顶拱及边墙的地质素描图为依据,充分利用地质素描图中提供的结构面各参数,进行关键块体理论分析的,通过运用矢量运算和全空间赤平投影法进行运算,最后找出真正存在的关键块体。
(3)通过用Unwedge3.0程序和与计算所得结果进行对比分析,关键块体出现的位置基本上一致,而且用Unwedge3.0程序能够得到相应的关键块体图形,做到图文并茂,说明了该程序能够较好的运用块体理论,对地下工程围岩能够做出适当的稳定性评价,对工程有一定的指导意义。
(4)围岩稳定性分析是与工程区域的工程地质条件和区域地质条件紧密联系在一起的,大岗山水电站地下主厂房具备有较好的成洞条件,但由于该地下主厂房具有“深埋、大跨、高墙”的特点,且受岩脉、断层破碎带以及施工等诸多其他主观和客观因素影响,围岩稳定性分析仍然会存在诸多不确定因素,故在施工中仍需要加强监测围岩变化趋势,开挖中应及时加强支护。
本文立足于科学前沿,紧密结合工程实践,在野外地质调查及室内资料统计分析的基础上,对大岗山水电站地下厂房工程地质条件、围岩分类及力学参数进行了深入研究,并提供可以用来评定洞室围岩稳定和选择支护体系的重要资料和数据,从而为洞室的设计和施工提供科学依据和技术指导,具有较为重要的理论和工程实用价值。