大型地下洞室群开挖方案优化数值模拟

摘要

采用经验类比、数值模拟，对某工程大跨度、高边墙地下复杂洞室群内主洞室不同开挖方案进行了初步比选和详细的模拟计算，通过建立优化准则、分析计算结果，提出了主洞室中间预留隔层、隔层上下同时开挖的新施工方法；分析了主要断层破碎带对围岩稳定性的影响，并提出相应的防治措施；针对现场实施的主洞室预留隔层开挖方案进行了全面的现场监测，对监测数据进行了科学分析，表明围岩稳定，预留隔层的施工方案是成功的。具体工作如下： 1、现场采集了对洞库群的稳定性有较大影响的软弱夹层带岩样，在实验室内对其物理力学参数进行了测试，为数值模拟提供可靠的输入参数； 2、通过经验类比方法，从缩短施工工期、提高人员设备效率、减少平行作业面之间的相互干扰等方面，对主洞室的可行开挖方案进行了比选，初步确定主洞室预留隔层、隔层上下同步施工的方案； 3、以开挖造成的围岩塑性区体积最小、关键部位最大变形量最小为判别标准，用FLAC3D对主洞室的不同开挖方案进行了模拟计算，分析了围岩中应力和变形情况，确定出主洞室预留隔层的开挖方案要优于传统自上而下顺序开挖方案； 4、通过FLAC3D的模拟计算，分析了主要软弱结构面对洞室稳定性的影响，并提出在与主洞室相交的F4和F6断层附近，应力集中，变形和塑性破坏范围较大，断层带本身受断层上下盘位移差动和扭剪作用，完全进入塑性破坏，对主洞室的围岩稳定有较大影响，需要提前加强支护； 5、分析了包括拱顶下沉、高边墙水平收敛、围岩压力、支护结构受力等共计7个项目的现场测试资料，结果表明围岩稳定，支护结构安全可靠。验证了主洞室中间预留隔层开挖方案是成功的。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章工程概况

第三章软弱夹层力学性质试验

第四章主洞室开挖方案初步优化

第五章开挖方案数值模拟与分析

§5.1模拟计算概述

§5.2计算模型建立

§5.3主洞室不同开挖方案模拟计算及结果分析

5.3.1方案优化准则

5.3.2主洞室三维模拟计算及结果分析

第六章现场监控量测结果分析

第七章主洞室通过断层破碎带的安全施工技术措施

第八章结论与展望

参考文献

致谢