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四川省湾东二级水电站引水隧洞围岩稳定性研究

司洪涛  
【摘要】:我国西南地区水资源储量丰富,河流众多,在一些大河的支流上也涌现了大批中小型水利工程。湾东二级水电站地处断裂带多发的中高山区,地质条件较为复杂,采用引水发电系统,引水隧洞穿越了西油坊断裂、大发断裂和磨西断裂带,隧洞围岩岩性较为复杂,节理裂隙较为发育,质量较差,在修建引水隧洞时将会遇到围岩变形、塌方和岩爆等多种稳定性的问题,因此湾东二级电站引水隧洞围岩稳定性的研究,对于控制该隧洞工程投资、设计优化和施工安全具有重要的工程实际价值,对于强震区相似条件的中小型水电工程引水隧洞围岩稳定性研究可以起到一定的理论意义。本文依据湾东电站所处的的工程地质条件,结合野外调查及岩石力学分析等方法,研究了湾东电站隧址区的地应力特征、围岩的变形破坏特征、采用FLAC3D软件对不同岩级围岩的变形特征做出了模拟、利用块体理论结合Unwedge程序对隧洞围岩块体稳定性做出预判、采用地质综合分析方法对隧洞的岩爆做出初步预测、对洞口段围岩做了动力响应分析。本文主要获得了以下成果。 (1)通过理论分析和数值模拟等方法,计算和模拟出湾东电站隧址区的初始应力特征。得出湾东二级电站隧址区最大主应力方向为N60~80°W,隧洞沿线初始应力主要是自重应力,最大主应力随着隧洞埋深增加逐步增大,沿线最大主应力约为20MPa,隧洞开挖后二次应力在各种侧压系数下洞周各质点所受应力状态各不相同,与初始应力存有差异。 (2)湾东隧洞围岩共划分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三个等级标准,其中以Ⅲ、Ⅳ级围岩为主。Ⅲ级围岩主要分布于云母片岩区域内,埋深最大,其位移变形量在3-4mm内,较洞口处变形大;Ⅳ级围岩选取的是花岗岩区域,由于埋深较浅,应力较低,岩体强度高,此段内变形量较小;而Ⅴ级围岩虽然埋深浅,应力低,但其岩体质量较差,变形较大。 (3)根据块体理论分析,采用Unwedge程序对引水隧洞不同洞段进行了稳定性分析,得出各洞段中结构面切割所形成块体的形状、大小及其所在位置和稳定性状况,经计算得出不稳定的块体主要出现在隧洞左上和右上部位。 (4)利用地质综合分析方法,预测了隧洞沿线可能发生岩爆的情况,经分析本隧洞在K0+400~K01+200段和K1+550~K1+850段将会发生轻微岩爆,其余地段不会发生岩爆。 (5)通过洞口段围岩的动力响应分析,在衬砌支护条件下,地震的作用下强变形范围位于隧洞径向0.4m内,地震中洞壁处最大位移达到2.178cm,变形较大,应加强支护设计的强度。


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