水电厂区地应力场反演分析方法及工程应用

摘要

水电作为一项缓解我国能源紧缺而又清洁的能源，越来越为国家所重视。然而我国的水电资源多集中在西南地区，此地区处于青藏高原边界，高山峡谷密布、地形错综复杂，印度洋板块和亚欧板块在此激烈交锋，地理环境决定了此处地应力高且复杂的特点。由于初始地应力是影响水电站地下洞群围岩稳定的关键，因此准确模拟水电厂区的初始地应力场具有十分重要的工程意义和应用价值。 本文根据地应力场的基本分布规律以及国内外现阶段初始地应力场的反演分析方法，在系统分析和合理继承前人研究成果的基础上，考虑地应力场的形成条件和厂区地形地貌的影响，建立了一种新的更加合理的初始地应力场反演分析方法。 本文的研究工作和主要研究成果如下： 1．考虑地应力场的形成条件，选取自重、挤压构造运动和剪切构造运动作为影响水电厂区初始地应力场的主要因素，通过施加位移边界条件，建立了更加合理的地应力多元回归分析方法。 2．在地应力场回归分析的基础上，采用格拉姆—施密特法构建正交多项式，建立了正交多项式应力函数拟合法，并使用fortran语言将其程序化。 3．提出了考虑山体地形影响的应力函数拟合法，并与正交多项式拟合法进行了对比分析，给出了两种方法的适用范围。 4．以双江口水电站大型地下厂房洞群为背景工程，应用建立的回归分析与应力函数拟合法，反演获得了双江口水电站厂区的初始地应力场和相应的拟合应力函数。反演计算分析表明：地应力反演计算值与监测值负相关系数较高、拟合误差较小，建立的回归分析与应力函数拟合法有效揭示了厂区初始地应力场的分布特征和变化规律。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1选题的目的和研究意义

1.2地应力场的组成和影响因素

1.2.1岩体地应力的影响因素

1.2.2岩体地应力场分析的研究现状

1.3本文的研究内容和技术路线

1.3.1本文的研究内容

1.3.2本文的技术路线

第二章初始地应力场分布特点与研究现状

2.1 初始地应力场的基本概念

2.2地应力场的形成与影响地应力的主要因素

2.3地应力场的分布变化规律

2.3.1地应力的变化规律

2.3.2地应力场的影响因素

2.4地应力对工程地质稳定的影响

2.4.1地应力与区域稳定性的关系

2.4.2地应力与岩体稳定性的关系

2.5初始地应力场反演的研究现状

2.6本章小结

第三章初始地应力场回归分析与应力函数拟合方法

3.1概述

3.2初始地应力反演影响因素确定

3.3初始地应力反演边界条件的确定和实现方法

3.3.1边界约束的施加方式

3.3.2初始地应力场位移边界条件的施加方法

3.4初始地应力场多元回归方法

3.4.1基于最小二乘法的多元回归方法

3.4.2回归结果统计检验

3.5正交多项式拟合应力函数的方法

3.6考虑地形影响的拟合应力函数的方法

3.7本章小结

第四章工程应用

4.1工程概况

4.1.1工程地质条件

4.1.2厂区地应力实测结果及其分析

4.2坐标转换及结果分析

4.3计算模型建立与参数选取

4.3.1计算模型建立

4.3.2计算参数的选取

4.4初始地应力场回归计算结果分析

4.4.1概述

4.4.2初始地应力回归数值计算值与实测值的对比

4.4.3厂区典型横、平剖面最大、最小主应力等色区图

4.4.4厂房区初始地应力分布矢量图

4.5正交多项式拟合应力函数

4.6考虑山体地形拟合应力函数的方法

4.6.1应力函数拟合单元应力值的选取

4.6.2应力函数的拟合

4.6.3初始地应力拟合值与实测值的对比

4.7本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2展望

附录(正交多项式程序)

参考文献

致 谢