双江口水电站地下厂房洞群的渗流稳定性计算分析

摘要

我国是一个水能资源非常丰富的国家，随着西部大开发战略决策的实施，我国已迎来了水电建设的高潮。建设大型地下水电站，需要进行大量的岩体开挖，必然涉及到地下水的渗流作用，由于地下水的入渗，岩体抗剪强度降低，重度增大，另外还承担渗透荷载，这些都对围岩稳定产生显著的不利影响。 本文针对双江口水电站大型地下厂房洞室群的开挖稳定，根据业主提供的渗流条件和相关计算参数，系统计算分析了地下厂房洞室群在不考虑渗流（无渗流）、考虑天然渗流（无防渗排水设施）和渗流控制（加设防渗排水设施）条件下的稳定性，通过对无渗流、天然渗流和渗流控制三种工况条件下的洞周位移场、应力场和塑性区变化规律的深入分析，获得了对工程设计和施工具有重要指导意义的结论和建议。具体计算分析成果如下： （1）无渗流条件下，开挖完成后，洞周变形朝向开挖临空面，边墙部位变形较大，以水平变形为主，拱顶下沉，底板回弹；洞周径向应力释放，切向应力增加；在主厂房、主变室和尾调室的拱顶、上下游边墙部位以及主厂房与母线洞、主变室与母线洞、主厂房与尾水廊道、尾调室与尾水廊道等洞室交叉部位出现程度不等的塑性区。 （2）天然渗流条件下，由于地下水的渗流作用，洞周位移量值普遍增大，洞周径向应力进一步释放，切向应力进一步增大，厂区塑性区体积有较大的增加。 （3）渗流控制条件下，由于防水帷幕和排水孔幕的渗控作用，洞周位移有效减小，切向应力有所减小，径向应力有所增加，厂区塑性区体积减少。 （4）渗流控制条件下，采用拟静力法考虑地震影响，计算结果表明地震荷载对围岩稳定性的影响不大。 （5）对比天然渗流条件和渗流控制条件下的计算结果可知：天然渗流作用下，由于渗透荷载的影响，相比无渗流条件，洞周位移量值和塑性区范围增大，洞周围岩应力分布状况趋于恶化。防渗排水的渗流控制条件下，由于防水帷幕和排水孔幕的渗控效应改变了地下水的渗流路径，减小了渗透荷载，洞周位移和塑性分布范围得以减小，围岩应力分布状况得到改善，渗流控制有效提高了围岩的整体稳定性。 （6）计算表明：防渗帷幕和排水孔幕在降低地下水位、延长渗流路径、减少渗透荷载和增加围岩稳定等方面作用明显，因此在施工过程中应加强防渗优化设计和对渗控设施施工质量的有效监控和管理。 （7）总体来说，双江口水电站地下厂房在目前的开挖方案、支护型式和渗流条件下，其洞室围岩整体是安全稳定的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1岩体的渗透性

1.2.2渗流-应力耦合国内外研究现状

1.2.3渗流控制原理和技术

1.3本文研究内容

1.4本文技术路线

第二章渗流计算基本理论

2.1渗流-应力耦合基本方程

2.1.1经典Biot渗流力学耦合方程

2.1.2渗透性质与应力关系方程分析

2.2渗流-应力耦合模型

2.2.1等效连续介质模型

2.2.2双重介质模型

2.2.3裂隙网络模型

2.3计算手段

第三章无渗流条件下洞室群稳定性计算分析

3.1工程概况

3.2工程地质与水文地质条件

3.3厂区初始地应力

3.4计算范围与计算网格

3.5计算条件

3.5.1力学模型

3.5.2厂区岩体物理力学参数

3.5.3地下洞室开挖方案与支护型式

3.6计算结果分析

3.6.1洞周位移场变化规律

3.6.2洞周应力场变化规律

3.6.3洞周塑性区变化规律

3.7不考虑渗流条件下锚杆锚索受力分析

3.8本章小结

第四章天然渗流条件下洞室群稳定性分析

4.1洞周位移场变化

4.1.1洞周位移数值对比

4.1.2洞周位移对比曲线及位移矢量图

4.1.3洞周位移变化规律分析

4.2洞周应力场变化

4.2.1洞周应力数值对比

4.2.2洞周应力分布矢量图及云图

4.2.3洞周应力变化规律分析

4.3围岩塑性区变化

4.4本章小结

第五章渗流控制条件下洞室群稳定性分析计算

5.1渗流控制参数

5.2洞周位移场变化

5.2.1洞周位移数值对比

5.2.2洞周位移对比曲线及位移矢量图

5.2.3洞周位移变化规律分析

5.3洞周应力场变化

5.3.1洞周应力数值对比

5.3.2洞周应力分布矢量图及云图

5.3.3洞周应力变化规律分析

5.4围岩塑性区变化

5.5洞周锚杆锚索受力分析

5.6地震荷载影响的洞室稳定性计算

5.6.1计算原理

5.6.2计算结果分析

5.7本章小结

第六章计算结论与展望

6.1计算结论

6.2展望

参考文献

致谢

研究期间参与的科研项目和发表的论文