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水电站地下厂房初始地应力场反演与围岩稳定分析

郭锋  
【摘要】:21世纪是人类开发和利用地下空间的世纪。长期以来,工程区的地应力场特征和地下工程围岩稳定性分析一直是工程学界和学术界研究的重要课题。随着工程技术水平的不断提高,资源开发、水利、交通和地下核工业试验等与地下工程密切相关事业的飞跃发展,地下工程的空间与数量在日益增多,规模也越来越大,部分世纪性的大型或特大型地下工程相继建设。出于对地下工程建设的安全性和技术经济比较,需要进行初始地应力场的反演和围岩的稳定性分析。 本文以ANSYS建立有限元模型并进行网格划分,以FLAC3D为平台进行计算,以呼和浩特地下抽水蓄能电站为工程实例,叙述了采用BP神经网络和FLAC3D反演初始地应力场的方法以及对地下洞室群进行围岩稳定分析的详细过程。 结合实测地应力资料,建立了三维非线性有限元模型,模拟了断层及裂隙密集带;针对不同地应力场,用FLAC3D程序求解,得出神经网络分析样本,对优化后的神经网络加以训练;利用实测应力值,对初始地应力场进行反演,与实测值对比,满足工程精度要求,表明所获得地应力场是基本合理的;通过改变计算模型的初始条件和边界条件对影响初始地应力场的各地质因素进行分析;改变岩石力学计算参数,分析各参数对岩体内应力分布的影响。 由地应力场反演结果推算地下厂房洞室群围岩稳定计算范围内的地应力场;构建地下洞室群、围岩及断层的三维非线性有限元模型;对模型进行了网格划分;进行非线性求解,对开挖所引起的应力、位移重分布以及塑性破坏区分布情况加以分析。此外,还讨论了喷锚支护、开挖方式、本构模型、强度理论及断层等对围岩稳定分析结果的影响。


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