锦屏水电站绿片岩段扩挖及落底开挖稳定研究

论文摘要

随着国民经济的迅速发展,交通、水利、水电等大型建设工程中的长、大隧道不断涌现,隧道在恶劣地质条件和高地应力条件下,出现的大变形、岩爆、塌方的工程问题成为工程建设的瓶颈,解决上述工程问题的方法与措施显得十分紧迫与重要。锦屏二级水电站引水隧洞群洞线长、洞径大、埋深大,受高地应力等地质因素影响,主要存在塌方、地下突涌水、高地应力岩爆以及高地应力条件下松散围岩的塑性大变形问题。引水隧道绿泥石片岩洞段的塌方和缩颈等事故不仅影响工程建设进展,设备毁损、大变形造成的潜在危险威胁着现场施工人员的生命安全,而且由于降低了隧洞过水能力严重影响建成后发电能力。本论文依托国家重点基础研究发展计划973项目(No.2007CB209404)和国家自然科学基金青年基金(No.51004020),以锦屏二级水电站引水隧道西端绿泥石片岩洞段的扩挖及落底开挖项目为实践基地,拟从细观角度入手,充分考虑岩体材料的非均匀非连续特性,采用水汽等湿度因素为围岩稳定性分析的主要影响因素,运用岩石破裂过程分析RFPA(Rock Failure Process Anlysis)分析系统对隧洞围岩稳定性以及扩挖和落底进行计算分析。所作的研究工作包括反演计算绿片岩洞段的力学参数；分析原始支护系统的支护能力和扩挖过程围岩的稳定性；对比三个落底扩挖方案,优选合理、经济的施工方案；计算锚杆支护体系的参数和落地后续变形模拟。通过对锦屏二级水电站引水洞绿片岩洞段扩挖和稳定性的研究,为工程现场提供指导,为现场判断和预测施工过程中的安全风险提供依据,也为其他类似工程问题的施工处理措施提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义和提出问题
• 1.2 水汽等湿度因素对隧道围岩稳定性的研究现状
• 1.2.1 湿度对岩石物理力学性能和流变性的影响
• 1.2.2 隧道围岩稳定性的分析方法和研究现状
• 1.3 论文研究内容和技术路线
• 2 岩石介质本构关系和RFPA系统原理
• 2.1 岩石的非均匀性
• 2.2 岩石的细观统计损伤本构方程
• 2.3 岩石的非均匀特性对应力-应变关系的影响
• 2.4 RFPA系统基本原理
• 3 锦屏二级水电站工程概况和现存问题
• 3.1 锦屏二级水电站工程概况
• 3.2 锦屏二级引水洞工程区域地质条件
• 3.2.1 地形地貌
• 3.2.2 地质构造
• 1绿泥石片岩洞段工程地质条件'>3.3 T₁绿泥石片岩洞段工程地质条件
• 3.3.1 绿泥石片岩洞段岩性
• 3.3.2 绿泥石片岩洞段构造
• 3.3.3 绿泥石片岩洞段水文地质
• 3.4 绿泥石片岩的物理力学特性
• 3.4.1 绿泥石片岩的矿物成分
• 3.4.2 绿泥石片岩的水理特征
• 3.4.3 绿泥石片岩的单轴压缩力学特征
• 3.4.4 绿泥石片岩的三轴压缩力学特征
• 3.4.5 水对绿泥石片岩力学性质的影响
• 3.5 绿泥石片岩洞段目前存在的问题
• 4 引水洞绿泥石片岩洞段数值模型及参数确定
• 4.1 引水隧洞模型尺寸及计算断面选择
• 4.2 数值模型尺寸及支护说明
• 4.3 数值模型材料参数
• 4.4 地应力参数
• 4.5 围岩参数反演
• 4.5.1 对岩石均值度反演
• 4.5.2 推算绿片岩宏观和细观的强度特征
• 4.5.3 对岩体最大侵入空间反演
• 5 绿泥石片岩隧洞扩挖的稳定性分析
• 5.1 数值模型
• 5.2 扩挖变形量分析
• 5.3 绿片岩洞段的扩挖过程稳定性分析和扩挖建议
• 6 绿泥石片岩隧洞落底开挖的稳定性分析
• 6.1 落底开挖方案
• 6.2 计算结果分析
• 6.2.1 全台阶落底开挖方案
• 6.2.2 左右分幅开挖落底方案
• 6.2.3 拉槽落底开挖方案
• 6.2.4 落底开挖方案比选
• 6.2.5 绿片岩洞段落底开挖过程的围岩稳定分析和落底建议
• 7 绿泥石片岩隧洞锚杆支护参数分析
• 7.1 绿泥石片岩洞段围岩稳定分析及支护措施
• 7.2 不同支护参数条件下隧洞的破坏过程分析
• 7.4 落底后续变形分析
• 7.5 对于绿片岩洞段锚杆支护和扩挖后续变形分析小结
• 8 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢