我國西南地區(qū)水能資源豐富,這一區(qū)域已建和在建的大型水電工程大多采用深埋地下引水發(fā)電系統(tǒng),其中地下廠房結構多具有“大跨度、高邊墻”的特點。近年來,更是新建了一批跨度大于30m,高度超過70m的超大型地下洞室。賦存于巖性不均、地應力場復雜、地質構造發(fā)育的深埋山體里,圍巖的穩(wěn)定性是工程施工期關注的重點。白鶴灘水電站左岸地下廠房擁有世界級罕見的跨度(34m),廠區(qū)斷層錯動帶發(fā)育,且初始第一主應力與洞軸線大角度相交。拱圈圍巖破壞現(xiàn)象突出,邊墻下部C2層間錯動帶剪切變形明顯。本文結合地質、物探、施工、監(jiān)測資料,通過巖石力學理論、FLAC3D數值模擬、巖石蠕變理論、中性點理論等對拱圈及高邊墻的變形破壞模式、空間分布特征、演化機制進行分析�；趪鷰r演化發(fā)展規(guī)律及相關性分析,合理構造影響因子,采用非線性回歸建模的方法,建立地下洞室圍巖監(jiān)控模型。取得以下主要認識:(1)建立了上游側拱肩變形監(jiān)測值“負增長”與圍巖“彎曲折斷”、“外鼓塌落”破壞現(xiàn)象的聯(lián)系,并歸于圍巖“沿環(huán)向受剪”。提出用圖示法,結合多點變位計的孔深-位移曲線和彈塑性理論推求松動圈半徑R與“裂隙位移”。(2)發(fā)掘并總結開挖掌子面的距離效應,掌子面與測點垂直距離he在10m范圍內圍巖卸荷強烈,該階段圍巖變形約占總變形量的50%～55%。在同等開挖條件下,圍巖性質越差,其卸荷響應越強烈。隨開挖高程的降低,卸荷響應趨弱,用最小二乘擬合法得到了衰減函數λ(x)。在洞軸方向上,開挖影響集中在測點前后2倍洞跨的范圍內,該區(qū)域內位移增量約占總卸荷位移量的97%。(3)探究了高邊墻淺層圍巖應力狀態(tài)變化,并劃分為四個階段,即應變能聚集、應力釋放、下挖應力調整和應力趨穩(wěn)階段。由于軟弱夾層的柔塑性,圍壓解除后錯動帶的應變能釋放是一個緩慢逐漸的過程,時效特征明顯。交叉洞口淺層圍巖體存在兩個方向的臨空面,圍巖變形對于施工響應靈敏,且變幅較大。(4)剖析了支護結構的工作性態(tài),將錨桿應力變化型式分為“臺階狀”、“一拉一壓”、“荷載陡降”以及“局部突變”四類,前三者可分別歸于“拉拔模型”、“拉剪模型”、“拉崩模型”,“局部突變”型錨桿應力受砂漿和圍巖的約束作用,局部應力存在陡增陡降,不同測點間的應力表現(xiàn)出相互獨立的特征。無粘結錨索荷載在張拉鎖定后的50～80天內,預應力損失約2%～7%,衰減規(guī)律符合Richards函數。其后,錨索荷載應力與圍巖變形的正相關關系符合Logistic回歸方程。(5)可視初始地應力、巖流層產狀及軟弱夾層的性質為地質構造變形產生的先決條件,是為“內因”。而施工及其他外荷載因素則為誘發(fā)軟弱夾層變形的“外因”�！皟纫颉睕Q定著變形產生的“門檻”和型式,“外因”決定著變形產生的幅度和大小。(6)在定性研究圍巖變形的演化分布規(guī)律、影響因素、力學機制的基礎上,總結同類工程經驗,采用FLAC3D數值模擬、組合流變模型等分析手段在建立圍巖變形監(jiān)控模型方面做了探索性的嘗試和研究。提出以卸荷回彈、振動荷載、時效(蠕變)因子建模,計算實例證明,對于變形向臨空面發(fā)展的測點,模型具有較好的擬合精度和外延性。
【學位單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TV223;TV698.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 圍巖穩(wěn)定理論的發(fā)展和研究現(xiàn)狀
    1.2 大型地下洞室安全監(jiān)測技術應用現(xiàn)狀
    1.3 研究問題的提出
    1.4 論文研究內容
        1.4.1 研究內容及完成工作
        1.4.2 技術路線
第2章 工程背景
    2.1 工程概況
    2.2 地質條件
        2.2.1 地層巖性
        2.2.2 地質構造
        2.2.3 地應力水平
    2.3 施工方案
    2.4 支護方案
        2.4.1 支護設計原則
        2.4.2 左岸地下廠房拱圈支護設計方案
        2.4.3 左岸地下廠房邊墻支護方案
    2.5 監(jiān)測布置
第3章 圍巖變形破壞特征及監(jiān)測成果分析
    3.1 圍巖破壞特征
        3.1.1 拱圈破壞特征
        3.1.2 邊墻破壞特征
        3.1.3 層間錯動帶破壞特征
    3.2 圍巖變形特征
        3.2.1 拱圈變形特征
        3.2.2 邊墻變形特征
    3.3 支護結構響應特征
        3.3.1 錨桿應力響應
        3.3.2 錨索荷載響應
    3.4 地質構造錯動、剪切
        3.4.1 位錯量響應
        3.4.2 滑移剪切變形特征
    3.5 小結
第4章 圍巖變形、破壞機制
    4.1 初始應力場的“源力”效應
        4.1.1 上游側拱肩洞周環(huán)向剪切
        4.1.2 淺層邊墻的應力控制型破壞
    4.2 地質構造的控制作用
2錯動帶滑移剪切'>        4.2.1 巖層產狀與C₂錯動帶滑移剪切
        4.2.2 地質結構面對邊墻變形的控制作用
    4.3 施工進度的影響
    4.4 圍巖變形與支護結構荷載相關性分析
    4.5 小結
第5章 圍巖變形的監(jiān)控模型
    5.1 建模理論及其研究現(xiàn)狀
    5.2 模型因子的構造
        5.2.1 卸荷回彈變形分量
        5.2.2 振動變形分量
        5.2.3 時效變形分量
    5.3 模型參數的求解
    5.4 計算實例
    5.5 小結
第6章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及參與科研項目
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2839703