狮子坪水电站地下厂房施工监控量测与数值分析

摘要

随着我国水利水电事业的发展，特别是西部大开发战略的实施，地下厂房方案在山区和丘陵地区水电站建设中日益得到重视，一些大跨度的复杂地下洞室群相继出现，在加大了设计难度的同时也对其施工安全性提出了更高的要求。在目前地下工程施工中，新奥法的应用相当广泛，它的非常重要一方面就是在施工过程中通过对围岩的监控量测反馈出施工信息，从而及时掌握围岩和支护的稳定性动态，确保施工安全。
　　 本文以四川理县狮子坪水电站为背景，结合地下厂房监控量测数据对围岩稳定性做出初步判断，并以数值分析理论为基础，对压力管道中平洞段的开挖支护进行数值模拟，结合监测数据分析该洞室围岩的稳定性。本文所做的主要工作有：
　　 (1)整理狮子坪水电站地下厂房开挖支护方案，并简要分析工程施工的重点、难点及相关施工对策；
　　 (2)阐述狮子坪水电站地下厂房监控量测方案及相关工作实施情况，列举典型断面近4年的监控量测数据，对围岩稳定性做出初步分析和判断，并总结出地下洞室顶拱变形规律；
　　 (3)阐述岩土材料的弹塑性本构关系，并介绍本文所采用的有限元分析软件(MIDAS/GTS)及其施工阶段有限元分析理论；
　　 (4)应用有限元分析软件对压力管道中平洞段的开挖支护施工过程进行数值模拟，计算出围岩位移及锚杆应力等物理量，并结合现场监控量测数据进行分析比较，最后对该洞段的围岩稳定性作出判断，并为压力管道的下一步的施工提供指导依据。
　　 狮子坪水电站地下厂房监控量测数据及数值模拟计算结果表明，地下厂房工作状态良好，压力管道中平洞段开挖支护施工过程中围岩处于稳定状态，有足够的安全储备，能为工程的后续施工提供指导，并为相关工程提供经验数据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1岩土工程监测技术的发展及应用

1.2.2岩土工程数值分析的发展现状

1.3本文所做的工作

第2章 狮子坪地下厂房开挖支护方案

2.1工程概况

2.2工程施工重点、难点和主要对策

2.2.1工程施工重点及难点

2.2.2主要对策措施

2.3主要洞室开挖支护施工方法

2.3.1压力管道工程

2.3.2地下厂房系统

2.3.3地下厂房系统附属洞室

第3章 地下厂房监测系统及成果分析

3.1监测的工序及内容

3.2监测仪器的安装部位

3.3监测仪器的安装埋设方法

3.3.1多点位移计

3.3.2锚杆应力计与钢筋计

3.3.3渗压计

3.3.4测缝计

3.4监测仪器的参数与数据处理

3.4.1多点位移计

3.4.2锚杆应力计

3.5监测成果的分析方法

3.6监测成果的分析

第4章 围岩弹塑性有限元分析理论

4.1岩土材料的弹塑性本构关系

4.1.1岩体的屈服条件

4.1.2加-卸载准则

4.1.4本构方程

4.2施工阶段有限元分析

4.2.1三维非线性有限元分析程序

4.2.2岩土单元的添加与删除

4.2.3荷载释放系数

4.2.4位移初始化(清零)

4.2.5岩土材料特性的变化

4.2.6初始自重应力

第5章 压力管道开挖及支护有限元分析

5.1压力管道工程概况

5.2三维非线性有限元计算模型

5.2.1计算范围及结构离散

5.2.2围岩结构及力学参数

5.3数值模拟计算结果

5.3.1竖直方向位移

5.3.2水平方向位移

5.3.3竖直方向应力

5.3.4水平方向应力

5.3.5锚杆轴力

5.3.6喷射混凝土应力

5.4计算结果分析

5.4.1位移场分析

5.4.2应力场分析

5.4.3围岩稳定性判定

第6章 结论

6.1地下厂房新奥法施工总结

6.2地下厂房监控量测成果总结

6.3压力管道数值计算不足与建议

致谢

参考文献

在读研究生期间参加的主要科研项目及发表的论文