我國西南地區(qū)水能資源豐富,這一區(qū)域已建和在建的大型水電工程大多采用深埋地下引水發(fā)電系統(tǒng),其中地下廠房結(jié)構(gòu)多具有“大跨度、高邊墻”的特點。近年來,更是新建了一批跨度大于30m,高度超過70m的超大型地下洞室。賦存于巖性不均、地應(yīng)力場復(fù)雜、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的深埋山體里,圍巖的穩(wěn)定性是工程施工期關(guān)注的重點。白鶴灘水電站左岸地下廠房擁有世界級罕見的跨度(34m),廠區(qū)斷層錯動帶發(fā)育,且初始第一主應(yīng)力與洞軸線大角度相交。拱圈圍巖破壞現(xiàn)象突出,邊墻下部C2層間錯動帶剪切變形明顯。本文結(jié)合地質(zhì)、物探、施工、監(jiān)測資料,通過巖石力學(xué)理論、FLAC3D數(shù)值模擬、巖石蠕變理論、中性點理論等對拱圈及高邊墻的變形破壞模式、空間分布特征、演化機制進行分析�；趪鷰r演化發(fā)展規(guī)律及相關(guān)性分析,合理構(gòu)造影響因子,采用非線性回歸建模的方法,建立地下洞室圍巖監(jiān)控模型。取得以下主要認(rèn)識:(1)建立了上游側(cè)拱肩變形監(jiān)測值“負(fù)增長”與圍巖“彎曲折斷”、“外鼓塌落”破壞現(xiàn)象的聯(lián)系,并歸于圍巖“沿環(huán)向受剪”。提出用圖示法,結(jié)合多點變位計的孔深-位移曲線和彈塑性理論推求松動圈半徑R與“裂隙位移”。(2)發(fā)掘并總結(jié)開挖掌子面的距離效應(yīng),掌子面與測點垂直距離he在10m范圍內(nèi)圍巖卸荷強烈,該階段圍巖變形約占總變形量的50%～55%。在同等開挖條件下,圍巖性質(zhì)越差,其卸荷響應(yīng)越強烈。隨開挖高程的降低,卸荷響應(yīng)趨弱,用最小二乘擬合法得到了衰減函數(shù)λ(x)。在洞軸方向上,開挖影響集中在測點前后2倍洞跨的范圍內(nèi),該區(qū)域內(nèi)位移增量約占總卸荷位移量的97%。(3)探究了高邊墻淺層圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化,并劃分為四個階段,即應(yīng)變能聚集、應(yīng)力釋放、下挖應(yīng)力調(diào)整和應(yīng)力趨穩(wěn)階段。由于軟弱夾層的柔塑性,圍壓解除后錯動帶的應(yīng)變能釋放是一個緩慢逐漸的過程,時效特征明顯。交叉洞口淺層圍巖體存在兩個方向的臨空面,圍巖變形對于施工響應(yīng)靈敏,且變幅較大。(4)剖析了支護結(jié)構(gòu)的工作性態(tài),將錨桿應(yīng)力變化型式分為“臺階狀”、“一拉一壓”、“荷載陡降”以及“局部突變”四類,前三者可分別歸于“拉拔模型”、“拉剪模型”、“拉崩模型”,“局部突變”型錨桿應(yīng)力受砂漿和圍巖的約束作用,局部應(yīng)力存在陡增陡降,不同測點間的應(yīng)力表現(xiàn)出相互獨立的特征。無粘結(jié)錨索荷載在張拉鎖定后的50～80天內(nèi),預(yù)應(yīng)力損失約2%～7%,衰減規(guī)律符合Richards函數(shù)。其后,錨索荷載應(yīng)力與圍巖變形的正相關(guān)關(guān)系符合Logistic回歸方程。(5)可視初始地應(yīng)力、巖流層產(chǎn)狀及軟弱夾層的性質(zhì)為地質(zhì)構(gòu)造變形產(chǎn)生的先決條件,是為“內(nèi)因”。而施工及其他外荷載因素則為誘發(fā)軟弱夾層變形的“外因”。“內(nèi)因”決定著變形產(chǎn)生的“門檻”和型式,“外因”決定著變形產(chǎn)生的幅度和大小。(6)在定性研究圍巖變形的演化分布規(guī)律、影響因素、力學(xué)機制的基礎(chǔ)上,總結(jié)同類工程經(jīng)驗,采用FLAC3D數(shù)值模擬、組合流變模型等分析手段在建立圍巖變形監(jiān)控模型方面做了探索性的嘗試和研究。提出以卸荷回彈、振動荷載、時效(蠕變)因子建模,計算實例證明,對于變形向臨空面發(fā)展的測點,模型具有較好的擬合精度和外延性。
【學(xué)位單位】：中國水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TV223;TV698.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 圍巖穩(wěn)定理論的發(fā)展和研究現(xiàn)狀
    1.2 大型地下洞室安全監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
    1.3 研究問題的提出
    1.4 論文研究內(nèi)容
        1.4.1 研究內(nèi)容及完成工作
        1.4.2 技術(shù)路線
第2章 工程背景
    2.1 工程概況
    2.2 地質(zhì)條件
        2.2.1 地層巖性
        2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造
        2.2.3 地應(yīng)力水平
    2.3 施工方案
    2.4 支護方案
        2.4.1 支護設(shè)計原則
        2.4.2 左岸地下廠房拱圈支護設(shè)計方案
        2.4.3 左岸地下廠房邊墻支護方案
    2.5 監(jiān)測布置
第3章 圍巖變形破壞特征及監(jiān)測成果分析
    3.1 圍巖破壞特征
        3.1.1 拱圈破壞特征
        3.1.2 邊墻破壞特征
        3.1.3 層間錯動帶破壞特征
    3.2 圍巖變形特征
        3.2.1 拱圈變形特征
        3.2.2 邊墻變形特征
    3.3 支護結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征
        3.3.1 錨桿應(yīng)力響應(yīng)
        3.3.2 錨索荷載響應(yīng)
    3.4 地質(zhì)構(gòu)造錯動、剪切
        3.4.1 位錯量響應(yīng)
        3.4.2 滑移剪切變形特征
    3.5 小結(jié)
第4章 圍巖變形、破壞機制
    4.1 初始應(yīng)力場的“源力”效應(yīng)
        4.1.1 上游側(cè)拱肩洞周環(huán)向剪切
        4.1.2 淺層邊墻的應(yīng)力控制型破壞
    4.2 地質(zhì)構(gòu)造的控制作用
2錯動帶滑移剪切'>        4.2.1 巖層產(chǎn)狀與C₂錯動帶滑移剪切
        4.2.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)面對邊墻變形的控制作用
    4.3 施工進度的影響
    4.4 圍巖變形與支護結(jié)構(gòu)荷載相關(guān)性分析
    4.5 小結(jié)
第5章 圍巖變形的監(jiān)控模型
    5.1 建模理論及其研究現(xiàn)狀
    5.2 模型因子的構(gòu)造
        5.2.1 卸荷回彈變形分量
        5.2.2 振動變形分量
        5.2.3 時效變形分量
    5.3 模型參數(shù)的求解
    5.4 計算實例
    5.5 小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與科研項目
致謝

【參考文獻】

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