三板溪水电站地下厂房洞室群围岩稳定分析.doc

三板溪水电站地下厂房洞室群围岩稳定分析 2009年9月中南水力发电第3期 三板溪水电站地下厂房洞室群围岩稳定分析 郑纯华 (中南勘测设计研究院,湖南长沙410014) 摘要本文借三板溪水电站地下洞室群围岩稳定分析的过程.重点介绍采用三维有限元分析,同时利用三维块 体分析洞室局部块体稳定并综合二者的分析结果作为洞室围岩支护设计的依据,从实际运行情况来看此方法是 可靠的. 关键词三板溪水电站地下厂房同岩稳定分析支护设计 I工程概况 三板溪水电站发电厂房型式为地下厂房,布置 在坝址的右岸山体内,装有4~250MW混流式水轮发 电机组.装机容量1000MW.厂区主要建筑物有进厂 交通洞,主厂房,中控楼副厂房,母线洞,主变洞及主 变运输洞,电缆电梯竖井,高压电缆平洞及出线平 台,主排风洞,排水廊道,帷幕灌浆廊道等. 2工程地质条件 地下厂房所在的右岸山体雄厚,地形坡度45.～ 60..山顶高程在600m以上:洞室垂直埋深220～ 270m.水平埋深约200～380m.地下厂房岩性主要为 板溪群清水江组第一段第8层厚层至巨厚层凝灰质 粉细砂岩:地层呈单斜构造.岩层产状:走向N30.～ 45.E,倾向SE,倾角35.～45.;断层主要有NNE, NE,NW,NEE向4组,规模较大的有F的,F和F.∞ 等.破碎带宽0.25～1.2m,为工程区一级结构面.厂房 内二级至三级结构面较发育,主要有层间错动,, f.,石英脉q.,岩屑凝灰岩夹层S,夹泥裂隙L.,,L3 和数条夹泥陡倾节理.其破碎带较窄.区内节理裂隙 较发育,主要有走向N45.W,N2.W和N3lOE的3 组.倾角一般大于70..大部分闭合.其中NW向节理 最发育,一般为1～5m;岩层层面结合好,层间结构面 不发育;平缓节理稀少.长度小于3m,多见于层间错 动f,附近.探洞内岩体一般见滴水,沿破碎带和NW 向张开裂隙地下水活动较明显.厂区实测最大主应 力11.54～12.90MPa,方向为304.24.326.18..倾角 28.53.～3.44.,岩石强度与最大主应力比大于10.地 质断层分类见图l,2. 图1主厂房顶拱围岩分类分区图 / 图2主变室顶拱围岩分类分区图 第3期郑纯华三板溪水电站地下厂房洞室群围岩稳定分析4l 3地下洞室群稳定分析 地下厂房洞室群规模大,在相对集中的区域布 置有主厂房,主变洞及母线洞,尾水管.主厂房纵轴 线方向为N85.E.主厂房147.5mx21.0mx56.0m(长× 宽×高),主变洞和尾闸室结合布置111.6mx25.0mx 32.5m(长×宽×高),其围岩稳定分析是工程设计的主 要内容.围岩稳定主要采用三维有限元分析,同时采 用三维块体分析洞室局部块体稳定. 3.1三维有限元稳定分析 3.1.1计算说明 为合理选择地下洞室的围岩支护参数,确定地 下洞室的合理施工开挖程序提供可靠依据,进行地 下洞室围岩的三维有限元分析计算. 根据工程总体布置的实际情况和工程布置区的 地形地质条件,计算内容包括如下几个方面: (1)根据工程布置区实测地应力成果和地下水 位.进行工程布置区的地应力和渗流场的反演分析 计算. (2)采用三维非线性有限元方法,对拟定的支护 参数进行分析研究,对支护参数的合理性进行评价 论证. (3)采用三维非线性有限元方法,对拟定的施工 开挖方案进行分析研究,对开挖方案的合理性进行 评估论证,并视具体情况提出施工开挖程序的优化 方案. 主要计算荷载有:岩体自重,地应力场,上下游 外水压力,渗流场等,不考虑温度作用影响.地应力 场采用自重应力和实测地应力分别计算. 针对地下厂房岩体物理力学参数f岩石结构面之 间的凝聚力,摩擦系数)等变化,地下厂房洞室群围岩 稳定的敏感性,确定影响围岩稳定的最敏感因素分 别计算上述各参数增加l0%,20%和减少10%,20% 时,地下厂房洞室群围岩稳定性的变化情况. (4)三维计算的范嗣 平面范围:上游至进水口以上150m,下游至尾 水出口以下150m,左侧(河床侧)至山体自然边坡以 外200m,右侧至安装问侧墙以外250m.垂直方向: 顶拱至地表面,向下为尾水管底板以下200m. 分析方法采用_一维非线性弹塑性有限元计算方 法.并且考虑结构受力进人塑性之后.现损伤破 坏,使结构的承载能力下降. 3.1.2计算成果及分析 (1)采用三维有限元反演拟合的初始应力场,综 合反应了地形地貌对初始应力场的影响.在地下厂 房处初始应力场主要由自重应力构成,属于中等偏 低的应力场. (2)由于地下厂房洞室岩体受断层f.和q.影 响,在无支护条件下,主厂房洞室上下游边墙的剪切 塑性破坏区较大.下游侧墙加上母线洞和通风洞开 挖的影响:对主厂房和主变洞之间的岩体应力扰动 较大,两洞之间的岩体被塑性区贯通,对断层处需重 点支护.