大渡河某水电站地下厂房洞室群施工开挖过程的FLAC3D数值模拟分析.docx

第49卷第12期2013年12月

第49卷第12期2013年12月

Vol.49,No.12

Dec.,2013

GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGY

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·设计与研究

大渡河某水电站地下厂房洞室群

施工开挖过程的FLAC3D数值模拟分析

田冉1,许模1,徐海洋2

(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059;

2.河北省保定地质工程勘查院，河北保定071051)

摘要：选取大渡河某水电站地下厂房区，采用三维快速拉格朗日法(FLACA?)模拟施工开挖过程，研究了洞室群围岩的开挖变形形态、应力状态和塑性区特征，分析了围岩在自重荷载和构造应力作用下的开挖稳定性，为工程的开挖支护和监测设计提供参考依据。

关键词：地下厂房洞室群；开挖；围岩稳定；FLAC30

中图分类号：TU433文献标志码：A文章编号：2095-0144(2013)12-0020-03

1前言

随着计算机技术的发展，数值模拟被越来越多地应用在地下洞室群施工期与运营期的稳定性分析上[1-4]。FLAC30程序采用三维快速拉格朗日法进行计算。三维快速拉格朗日法将研究流体运动的拉格朗日法引入到固体力学中，采用拉格朗日差分公式处理有限变形问题，在计算过程中允许材料发生屈服及流变，适合于解决岩土工程中经常遇到的大变形，是一种理想的岩土工程计算软件。采用该程序进行计算，岩体模型选用弹塑性Mohr-Coulomb模型，重点研究围岩开挖的位移场、应力场和塑性区特征。

2工程概况

某水电站位于四川省大渡河中上游段甘孜藏族自治州泸定县境内。该水电站采用一级低闸(坝)长引水开发方式，引水式开发装机容量1220MW。厂区枢纽布置主要包括埋藏式调压室、压力管道、地下厂房、尾水系统以及地面开关站等。调压室平面采用长条形布置，与主厂房、主变室纵轴平行，调压室总长289.00m,宽23.00m,最大室高100.00m。厂房布置平面上采用主机间与安装间、副厂房，呈“一”字形，厂房轴线方位为N70°W,主厂房总长229.12m,上部宽27.40m,下部宽23.60m,边墙最大高度63.05m。主变室布置在主厂房下游，总长224.40m,开挖跨度17.80m,开挖高度26.60m。尾闸室开挖跨度15.00m,长度155.70m,开挖高度56.75m。主厂

房与主变室、尾闸室构成三大洞室平行布置格局。

地下厂房洞室群主要置于晋宁-澄江期闪长岩、花岗岩中，水平埋深350m,垂直埋深350~450m,岩体总体呈块状、次块状结构，新鲜，坚硬，围岩类别以Ⅲ类围岩为主。据勘探揭示，厂址区主要发育F?、F?、F?、F?等三条相对较大的Ⅱ级结构面，其余多为Ⅲ、IV级结构面和节理裂隙，且具一定区段性。根据地应力测试结果，地下厂房洞室群区域o?=12.0~22.8MPa,方向为N65°W~S85°W,倾角25°~35°。地下厂房洞室群虽岩性坚硬，力学强度很高，但由于其为大跨度、高边墙大型洞室，且发育有断层等不利地质结构，地下洞室群的岩体稳定性，特别是不利地质构造以及岩壁吊车梁荷载对稳定性的影响成为设计与施工中非常关心的问题。为此采用FLAC30三维数值方法对地下厂房洞室群的开挖施工进行数值模拟分析。

3计算模型

3.1计算区域与地质模型概化

计算区域边界按照厂区的地形，并满足一定的边界效应的要求，在平面上为1100m×1000m的区域，区域中包括了主厂房、主变室、尾闸室、尾水洞、调压室等主要地下洞室单元，也包括了当前地质工作主要揭示出的并具有一定影响规模的F?、F?、F?、F?断层及其影响带。分析模型以N20°E方向(即垂直于厂房纵轴线方向并且指向上游为正的方向)为X轴正方向，以N70°W方向(平行于厂房纵轴线方向

收稿日期：2013-11-29

作者简介：田冉(1988-),男，河南南阳人，硕士研究生，主要从事水文地质与工程地质研究。

第12期田冉，等：大渡河某水电站地下厂房洞室群施工开挖过程的FLAC0数值模拟分析第49卷

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并且指向河谷为正的方向)为Y轴正方向，以铅直高度方向向上为正为Z轴正方向。X方向的长度为1100m,Y方向的长度为1000m,Z方向最低点以高程0m起向上取到地表面，最大高度约1995m,分析模型总单元数265524个，节点总数46876个，如图1所示。

图1厂房区分