水電站地下洞室數值模型及圍巖穩定性評價方法分析

摘 要：通過對主廠房和主變室的不穩定塊體支護前和支護后的對比分析，利用數值仿真分析軟件ANSYS對地下廠房洞室群穩定進行有限元數值仿真分析。主廠房不穩定塊體個數洞頂最多，其次是上游邊墻；但不穩定塊體體積總合則上游邊墻最多，占總數的2/3多。與斷層相關組合的不穩定塊體體積占總數的50%。而斷層相關組合中不穩定塊體體積量最大的有個斷層。淺層部位的石塊塊體體積較小，在實際工程中可以采用錨桿支付的形式進行加固。若在開挖過程中局部出現更小掉塊，并且掉塊在支護前發生，在工程中可以適當采取超前支護的形式。

關鍵詞：水電站；地下洞室；數值模型；圍巖穩定；評價方法

1 有限元模型

二維分析剖面見圖1，二維分析剖面考慮了，地下廠房洞室及周圍5倍洞徑圍巖。模型中考慮了巖性分界線、巖層分界線、斷層F77以及洞周噴錨支護。二維有限元離散模型見圖2，邊界條件：底邊固定固定約束，側面法向約束，上邊為自由表面。

2 物理力學參數

根據現場地質勘探提供的地質參數和數據并結合P.D.18、P.D.02平硐、鉆孔揭露及地表的測繪。地下廠房區地志特性復雜多樣，地質主要發育為NNW向、NNE向的高傾角結構面及緩傾角式結構面。圍巖為新鮮巖石至微風化的石英二長巖（花崗巖）其強度高，并且巖體多為完整至較完整的塊狀結構，巖體布置及巖層走向結合緊密。其中圍巖類別主要以Ⅱ、Ⅲ、IV類，局部處于斷層破碎帶的巖石為V類。其中地下廠房洞室圍巖參數選取見下表：

3 圍巖穩定性評價方法

作者根據錨桿實測的拉巴力應小于錨桿的允許拉拔力得出：并且由此可以來判定錨桿的安全性能。根據文獻我們可以得出，影向錨桿拉把力的主要因素主要可以包括以下5個方面：錨桿的直徑，毛干的長度、鋼筋的抗拉強度、圍巖類別以及錨桿與巖體間粘結材料的強度。因此在實際工程應用中，在錨桿的允許拉拔力計算中，應當把這些因素的綜合影響全部考慮進來。

噴射混凝上層安全評判：本文提出實測噴射混凝土層應力應小于噴射混凝土層的強度（拉、壓強度）準則：σ實測.拉<[σ拉]，σ實測.壓<[σ壓]混凝土的變形達到一定程度時將會出現裂縫：ε實測<[ε拉]，N實測<[N]其中，[N]為錨桿的允許拉把力，按下面兩種常規方法分別進行計算可以得出，其值按最小值進行計算：根據鋼筋的拔出情況可以得出：N=πdLτ，L為錨桿錨固段長度（m）。

4 總結

通過對主廠房和主變室的不穩定塊體支護前和支護后的對比分析，得出：未支護前，主廠房圍巖不穩定塊體總數為90。主廠房不穩定塊體個數洞頂最多，其次是上游邊墻；但不穩定塊體體積總合則上游邊墻最多，占總數的2/3多。與斷層相關組合的不穩定塊體體積占總數的50%。而斷層F3、F6是斷層相關組合中不穩定塊體體積量最大的兩個斷層。淺層塊體體積較小，分別為0.5立方米、2立方米，屬于表層不穩丁塊體。在實際工程中可以采用錨干進行加固，倘若在開挖的過程中出現了不均勻的更小的掉塊，并且掉塊發生在支護部位前或者之間，則可以適當采取超前支護的形式。

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作者簡介：章朝峰（1988.），男，碩士，主要從事水工邊坡，巖土工程。