锦屏一级水电站应用验证研究
论文作者:同为论文网 论文来源:caogentz.com 发布时间:2017年04月11日

以上围绕锦屏二级深埋隧洞的应用采用Hoek-Brown方法取值结果换算成摩尔一库伦参数的形式,而没有直接采用Hoek-Brown强度准则,一方面是出于对比的考虑,其次是当时阶段水电工程勘察设计技术验收审查流程的需要。事实上,表2所示的Hoek-Brown方法取值结果只适用于深埋条件,即锦屏二级深埋隧洞开挖之前的原位状态,开挖以后洞壁围压迅速降低到0,围岩c和f取值也应随之变化,严格意义上讲,此时从洞壁向深部的原位状态和厂都不断变化,遵循这种变化会给分析工作造成一定困难。

锦屏一级水电站地下厂房施工过程中下游拱肩出现了持续变形破坏现象,这一现象和围压水平变化密切相关,因此,相关研究需要更加合理地描述围压对岩体力学特性的影响。当围压水平变化较大时,传统摩尔一库伦强度参数c和f不再是保持不变的常量,而是一个变量。而Hoek-Brown强度准则中的参数不存在围压效应,因此更适合用于锦屏一级拱肩破坏机理的研究。

虽然锦屏一级厂房下游拱肩变形破坏特征受到多个因素的影响,如初始地应力条件、围岩峰值强度和峰后特性、以及工程措施如支护等,但是,围岩峰值强度仍然是一个基本因素,如果峰值强度取值不合理,数值计算不可能可靠地再现现场关键特征。反过来,能否再现现场关键特征可以帮助检验参数取值合理性。

针对锦屏一级地下厂房围岩变形破坏特征的数值模拟过程十分复杂的情况,这里仅描述与参数取值相关的环节和数值计算验证结果。经过多次复核验算以后,针对111类大理岩选择的参数如下。

1)岩石单轴抗压强度:120 MPa,指现场原位条件下的强度,略高于室内试验平均值。

(2)岩性指标m;=9,采用Hoek推荐的经验值,锦屏二级相关试验证明了其可靠性。

(3) GSI = 66,相对于水电系统11类偏差。国内水电围岩分级往往不是通过单项指标计分求和获得,而是直接在现场经验性地综合给定。根据在白鹤滩工程,厂房1 000 m平洞内采用单项计分求和结果显示,严格按照单项计分求和获得的最终结果高于水电经验取值半级左右。或者说,水电经验综合分级结果一般偏低。

以上这些参数直接作为Hoek-Brown强度准则的输人值,与传统水电工作相比,这3个指标并没有任何实质差别,其中岩石单轴抗压强度是水电勘察工作流程的常规试验指标,岩性指标是室内三轴试验结果的另一种表达方式和直接应用,GSI与水电分级也只有形式上的差别,二者甚至可以相互换算。

4( a)概要性地给出了锦屏一级地下厂房围岩变形破坏的典型特征,在厂房开挖完成以后,下游拱肩因为应力集中导致完整围岩破裂(应力升高导致的屈服)形成一个“深槽”形的破损区,最大破损深度不小于8 m。如果计算条件合理,计算模型应该能够再现这种破坏机制和形态,即应力集中导致的深槽形屈服区,深度超过8 mo

另一方面,现场测试结果显示两侧边墙出现严重松弛,其中以上游侧偏大,形态上最大深度部位相对上游略偏低。除厂房分层开挖过程中上游拱脚浅层出现完整围岩破裂现象以外,两侧边墙以结构面张开为主,显示应力强烈松弛(不是集中)的结果。因此,如果计算条件合理,计算模型应能够同时揭示这种现象,边墙应力释放进人屈服状态,屈服区形态和深度与图4(a)的现场特征充分吻合。

4(b)表示了数值模拟结果,其中的红色表示应力集中(剪切)导致的屈服区,绿色为应力松弛形成的屈服区,显然,计算结果揭示的屈服性质、屈服区形态、以及尺寸等都能够同时和现场充分吻合,说明模型计算假设条件能够和现场充分吻合。而计算中直接采用了Hoek-Brown强度准则和上述3个基本参数取值结果,因此,Hoek-Brown准则和相应的参数取值结果具备良好的工程适用性。特别地,这一过程有效避免了高应力条件下传统摩尔一库伦强度参数c和f取值在洞壁到深部变化性问题,相对更有利于分析过程的把握。


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