抽水蓄能电站地下厂房围岩损伤演化规律研究

摘要

我国水电建设的蓬勃发展与能源需求快速增长密切相关，水电十三五规划提出“加快建设抽水蓄能电站”，近50座抽水蓄能电站列入建设规划，预计新增抽水蓄能电站6000万千瓦。在地质条件和地应力复杂的深埋山体内开挖修建大型地下厂房洞室群，围岩渐进损伤演化诱致宏观变形破坏的稳定性问题尤为突出，并且为后期的运行安全带来很大的安全隐患。因此，开展抽水蓄能电站地下厂房开挖过程围岩损伤演化规律及其稳定性的研究具有重要意义。 本文以开挖过程大跨度地下厂房围岩损伤演化规律与破坏机制这一关键科学问题为核心，依托荒沟抽水蓄能电站地下厂房微震监测项目，首次将微震监测技术应用于抽水蓄能电站地下厂房，对开挖过程的地下厂房围岩微破裂渐进演化规律及其破坏机制进行分析。同时从微破裂演化的角度，利用模拟岩石真实渐进破坏过程的RFPA强度折减分析方法，再现了与微震监测结果一致的围岩损伤演化过程，得到围岩潜在失稳破坏模式与安全储备系数，揭示了围岩的损伤变化规律与机制，为抽水蓄能电站地下厂房开挖过程围岩稳定性的监测和评价提供参考。本文主要研究成果有： （1）尝试在抽水蓄能电站地下厂房构建微震监测系统以及可回收式传感器空间阵列台网。通过人工定点敲击试验精确测定P波波速为5150m/s，使定位误差控制在6m以内；运用阈值设定、频谱分析和人工识别等方法建立实际工程微震信号类型库，筛选剔除岩石微破裂以外的噪音信号，保证了监测结果处理分析的可靠性。该套微震监测设备在实际工程中取得很好的应用效果。 （2）通过对地下厂房围岩内岩石微破裂的实时监测，分析施工扰动作用下大跨度地下厂房围岩微震活动的时空演化规律，建立了施工动态、断层位置与微震活动的响应关系，揭示了围岩损伤渐进演化规律。依据微震密度、能量和ES/EP等基本震源参数，揭示了围岩损伤破坏机制，圈定主厂房上游侧桩号0+20m至0+80m是围岩潜在危险区域。 （3）从微破裂和应力场演化的角度，通过RFPA2D-SRM（强度折减法）得到了不同断层位置与不同侧压力系数下的地下厂房围岩损伤渐进演化规律及破坏模式，模拟结果表明：靠近断层的地下洞室围岩应力场容易劣化导致围岩渐进损伤诱致宏观失稳破坏，断层的影响距离为18m；水平应力的大小影响地下厂房围岩的损伤演化规律及其潜在失稳破坏模式，当侧压力系数K=1时，围岩稳定性的安全储备系数最大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 施工期地下厂房围岩稳定性的研究现状

1.2.2 微震监测在开挖损伤区研究的应用现状

1.3 本文研究内容及方法

2 地下厂房微震监测系统的构建

2.1 工程概况

2.1.1 地质构造与水文条件

2.1.2 地下厂房围岩特征

2.1.3 地下厂房地应力状态

2.1.4 地下厂房施工概况

2.2 微震监测系统构建

2.3 定位误差与波形识别

2.3.1 微震监测的定位误差

2.3.2 微震信号的波形识别

2.5 本章小节

3 基于微震的围岩损伤演化与稳定分析

3.1 微震监测及定量地震学原理

3.1.1 微震监测原理

3.1.2 定量地震学原理概述

3.1.3 荒沟地下厂房微震信号震源参数计算

3.2 微震活动的时空演化规律

3.2.1 微震活动的时间演化规律

3.2.2 微震活动的空间分布规律

3.3 不同因素影响的微震活动特征与微破裂机制

3.3.1 施工动态与微震活动特征的响应关系分析

3.3.2 断层识别与围岩微破裂破坏机制研究

3.4 基于能量耗散原理的围岩局部损伤区识别

3.5 本章小节

4 基于强度折减法的围岩损伤规律研究

4.1 RFPA2D-SRM的基本原理

4.1.1 RFPA基本原理

4.1.2 RFPA2D-SRM 的失稳判据

4.2 典型剖面数值模拟结果分析

4.2.1 参数确定与模型建立

4.2.2 数值计算结果分析

4.2.3 数值模拟与微震监测的对比验证

4.3 断层位置对围岩稳定性的影响分析

4.4 不同偏应力状态下围岩损伤演化规律

4.5 本章小节

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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