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大型地下洞室群围岩稳定性工程地质研究

李攀峰  
【摘要】: 随着西部大开发战略的实施,西部高山峡谷地区所蕴藏的丰富水能资源开发进入了新的高峰期。受地形条件的限制,开发这些地区的水能资源往往需要布置大规模的地下厂房洞室群。规模庞大、空间组成复杂的洞室群布置在有限的地下空间内,其开挖效应以及不同洞室之间的相互影响,将关系到整个水电站工程的建设成本和运营效益,因此是一个值得深入研究的问题。 基于此,本论文以黄河拉西瓦水电站地下厂房洞室群为例,从工程地质学的角度对与大型地下洞室群围岩稳定性密切相关的问题进行了较为全面的分析与评价。主要内容包括:①在野外地质调查基础上,通过统计分析得到地下厂区结构面的优势方位;对结构面工程地质特性进行了分析;根据结构面的空间组合关系,搜索出可能在主厂房洞室的顶拱和边墙部位出露的块体,并分析了各块体的可能滑移方式及其稳定性系数。②基于勘探平硐获取的资料,运用“围岩工程地质分类法”、BQ法、RMR法和Q系统法进行了地下厂区岩体质量评价;讨论了四种不同方法评价结果之间的相关性。③根据简易推断法、地震震源机制分析法以及地应力实测资料统计分析结果,综合确定了工程区的主压应力方向;运用地质宏观判断法并结合地应力实测资料的统计分析结果对地应力的量级进行了综合评价,并进一步讨论了黄河快速下切对研究区地应力场的影响;运用有限元法模拟了研究区地应力场的形成过程,并探讨了地应力的空间分布规律。④分析了洞室形状、洞室规模、地应力因素对单个洞室开挖效应的影响:分析了洞室间距、岩体质量、开挖顺序等因素对复式洞室开挖效应的影响;讨论了拉西瓦地下洞室群群洞效应的具体规律。⑤选取岩体质量、开挖效应、群洞效应以及次生灾害效应作为指标,建立了“大型地下洞室群围岩稳定性分类”方案;运用该方案对拉西瓦水电站主厂房洞室进行了稳定性评价。 在完成上述工作的过程中,本论文主要在以下几个方面进行了一些探索: ①基于空间解析几何原理,提出了块体搜索的基本思路并编制出相应的程序,基本实现了块体搜索的自动化,既大大缩短了块体搜索时间,又能防止因人工搜索引起的遗漏; ②推导出Ⅱ-2型(单滑面滑动,但受侧限面约束)块体的稳定性系数计算公式; ③以数值模拟方法论证了拉西瓦地下厂房洞室群全断面一次开挖时群洞效应的具体特点; ④以岩体质量、开挖效应、群洞效应和次生灾害效应为评价指标,建立了“大型地下洞室群围岩稳定性分类”方案;该方案既继承了水电行业规范“围岩工程地质分类”法的优点,又综合考虑了大型地下洞室群的工程特点。


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