大型地下洞室群施工期围岩稳定动态反馈控制研究-以黄登水电站地下洞室群为例

摘要

由于受各种复杂天然地质状况等诸多未知因素的影响，水利水电大型地下洞室群施工为当今地下工程中最复杂的系统工程，地下洞室群工程问题成为一项极其复杂、高度不确定性且动态变化的系统问题。由于围岩失稳导致的工程事故时有发生，大型地下洞室群施工期围岩稳定性反馈分析与控制已成为函待解决的研究课题。本文以黄登水电站地下洞室群工程为背景，开展了大型地下厂房洞室群施工期围岩稳定动态反馈控制分析方法的研究，建立了由初始地应力场二步优化反演算法、围岩力学参数动态识别、不良地质段围岩稳定性实时馈控分析及基于施工全过程的地下洞室群动态安全信息模型的建立等组成的科学、实用的施工期动态反馈控制分析流程，重点研究和总结了各部分的相关方法和技术问题。主要研究内容及成果如下：
　　（1）建立了科学、实用的大型地下洞室群施工期动态反馈控制分析流程，包括如下步骤：初始地应力场获取→前一期开挖完成后围岩力学行为评价→当前期开挖完成后基础信息及围岩力学行为复核→当前期开挖过程中不良地质段动态调控→当前期开挖完成后围岩稳定性评价→当前期地下洞室群围岩力学参数识别→下一期开挖围岩力学行为预测与安全评价→闭环反馈，直至地下洞室群全部施工完成为止，地下洞室群施工期动态反馈控制结束。
　　（2）提出了一种三维地应力场二步优化算法，并耦合数值仿真技术对黄登水电站地下洞室群工程区域地应力场进行了反演，揭示了工程所在区域的三维地应力场分布特征，可清楚地明确初始地应力形成的主导成因，且在反演精度及反演效率上都体现出其明显的优势。
　　（3）充分考虑岩体开挖卸荷、支护加固及新地质出露等多因素的综合影响，将时间因素全面引入地下洞室群围岩力学参数的动态数值计算，建立了地下洞室群施工期围岩力学参数动态识别分析方法，实现了几何参数、力学参数与施工信息动态更新之间的耦合，并揭示了围岩力学参数时空特性演化特征。
　　（4）基于黄登水电站地下洞室群主厂房区域新揭露的不良地质段，耦合施工现场围岩破坏模式识别、监测信息的反馈分析及地下洞室群数值仿真分析等技术手段，建立了不良地质段围岩稳定性动态馈控分析方法体系。
　　（5）考虑施工过程的施工进度信息、地质信息、支护信息的动态映射，建立了基于施工全过程的地下洞室群动态安全信息模型，实现了黄登水电站地下洞室群监测信息可视化管理、施工面貌与洞室安全状态的动态耦合可视化展示以及施工信息随施工进度的动态更新。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 问题的提出

1.4 本文主要工作及创新点

第二章 工程背景及理论基础

2.1 引言

2.2 工程背景

2.3 地下洞室群施工期岩体力学计算分析方法

2.4 地下洞室群施工期动态反馈优化设计方法

2.5 本章小结

第三章 三维地应力场二步优化反演算法

3.1 引言

3.2 地层剥蚀原理

3.3 初始地应力场二步优化非线性反演算法研究

3.4 地应力场反演理论在黄登水电站地下洞室群中的应用

3.5 本章小结

第四章 地下洞室群围岩力学参数动态识别

4.1 引言

4.2 围岩力学参数敏感性分析

4.3 围岩力学参数动态反演理论与流程

4.4 围岩力学参数动态反演的关键技术

4.5 参数动态反演方法在黄登水电站地下洞室群中的应用

4.6 施工期围岩力学参数劣化分析

4.7 本章小结

第五章 不良地质段围岩稳定性动态馈控分析

5.1 引言

5.2 围岩破坏模式及调控方法

5.3 主厂房区域新揭露不良地质段监测信息反馈分析

5.4 地下洞室群数值仿真分析

5.5 洞室穿过不良地质段的处置技术

5.6 本章小结

第六章 基于施工全过程的地下洞室群动态安全信息模型

6.1 引言

6.2 地下洞室群施工过程中的动态信息

6.3 地下洞室群动态安全信息模型建立

6.4 动态安全信息模型在黄登水电站地下洞室群中的应用

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢