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      基于unwedge程序?qū)ξ鞅蹦乘娬镜叵聫S房塊體穩(wěn)定性分析

      2015-10-12 09:03:19胡凱
      地球 2015年7期
      關(guān)鍵詞:洞室塊體安全系數(shù)

      胡凱

      (成都理工大學(xué)四川成都610059)

      基于unwedge程序?qū)ξ鞅蹦乘娬镜叵聫S房塊體穩(wěn)定性分析

      胡凱

      (成都理工大學(xué)四川成都610059)

      UNWEDGE程序是根據(jù)塊體理論開發(fā)的一種在堅(jiān)硬巖體中開挖所形成塊體穩(wěn)定性的應(yīng)用分析軟件,具有界面友好、操作簡便、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。本文對(duì)該程序基本原理作了介紹,并將其應(yīng)用到西北某水電站的地下廠房的塊體穩(wěn)定性分析中。研究表明,該程序具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

      UNWEDGE程序地下廠房塊體穩(wěn)定性

      0 引言

      巖體是一種復(fù)雜的地球介質(zhì),包含節(jié)理、裂隙、層理及斷層等結(jié)構(gòu)面。這些結(jié)構(gòu)面將巖體切割成空間形態(tài)各異的塊體,在自然狀態(tài)下,這些塊體處于平衡狀態(tài)。在地下洞室開挖中,由于臨空面的形成,某些塊體會(huì)失去平衡,沿結(jié)構(gòu)面掉落或滑落,造成圍巖失穩(wěn)[1]。塊體不穩(wěn)定是地下開挖工程失穩(wěn)的主要形式,研究洞室結(jié)構(gòu)面不利組合、塊體結(jié)構(gòu)形式、失穩(wěn)模式及穩(wěn)定性十分重要,有利于確定支護(hù)形式。目前,在地下洞室塊體穩(wěn)定性分析中,石根華等提出的塊體理論得到了廣泛應(yīng)用[2]。基于塊體理論的塊體穩(wěn)定性分析程序UNWEDGE是由多倫多大學(xué)E.Hoek等開發(fā)的。本文對(duì)該程序的基本原理做簡要介紹,并將其應(yīng)用到在建的西北某水電站地下廠房圍巖塊體穩(wěn)定性分析中。

      1  UNWEDGE程序簡介

      Unwedge程序假定結(jié)構(gòu)面相切形成的塊體為3組結(jié)構(gòu)面和開挖臨空面組成的四邊形,僅考慮重力及結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì),不考慮地應(yīng)力作用,并假定結(jié)構(gòu)體為剛體,結(jié)構(gòu)面為平面且貫穿研究區(qū)域。Unwedge會(huì)自動(dòng)生成楔形塊體并計(jì)算出安全系數(shù)。用戶可根據(jù)情況對(duì)塊體進(jìn)行分析。塊體有3種破壞方式:直接垮落,沿單面滑動(dòng)及沿雙面滑動(dòng)。用以表征塊體穩(wěn)定性的是安全系數(shù)F.S.,在不考慮地震和地下水作用時(shí),滑動(dòng)力即為塊體重力。在滑動(dòng)破壞時(shí),滑動(dòng)力為重力沿滑動(dòng)面切向分力;直接垮落破壞時(shí),滑動(dòng)力為塊體重力;當(dāng)重力矢量超出塊體基底時(shí),塊體將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)破壞,但Unwedge仍將按滑動(dòng)方式計(jì)算其安全系數(shù)[3]。

      一般建議安全系數(shù)大于1.5~2,臨時(shí)巷道大于1.5,永久巷道大于2.0。不滿足上述要求的塊體,應(yīng)進(jìn)行支護(hù)加固。

      2 工程實(shí)例

      2.1工程概況及基本工程地質(zhì)條件

      西北某水電站地處秦嶺山區(qū),采用地下式廠房,安裝4臺(tái)單機(jī)容量350MW發(fā)電機(jī)組。廠房開挖尺寸為172 m×24.7 m×52.6 m(長×寬×高),拱頂開挖高程875.2 m,軸線方向NW317.33°。通過對(duì)勘探平硐的節(jié)理進(jìn)行分析,結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢方位有四組。廠房區(qū)地應(yīng)力狀態(tài)以水平應(yīng)力為主;水平面內(nèi)最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹W~NWW向。結(jié)合區(qū)內(nèi)相關(guān)實(shí)測資料進(jìn)行的應(yīng)力場反演表明,廠房區(qū)域最大值σ1=6.65 MPa,方向NW298°±15,最小主量值σ3=1.39 MPa。

      地下廠房布置于花崗閃長巖中,巖體結(jié)構(gòu)以次塊狀~塊狀結(jié)構(gòu)為主,巖質(zhì)堅(jiān)硬,抗壓強(qiáng)度高、彈性模量大、吸水率低。巖體中發(fā)育有一定延伸長度的斷裂和裂隙結(jié)構(gòu)面,可能構(gòu)成巖體失穩(wěn)的潛在幾何邊界和力學(xué)邊界,存在塊體穩(wěn)定問題。整體而言,地下廠房賦存地質(zhì)環(huán)境較好,具備修建大型地下洞室群的條件。

      2.2塊體穩(wěn)定性分析

      據(jù)勘探平硐結(jié)構(gòu)面的調(diào)查分析及對(duì)廠房區(qū)主要斷裂結(jié)構(gòu)面的空間展布,確定斷層及裂隙與地下硐室交接關(guān)系,采用Unwedge進(jìn)行塊體組合得到地下廠房的不穩(wěn)定塊體。結(jié)構(gòu)面組合情況和分析計(jì)算所用參數(shù)及結(jié)果見表l~2。

      表1 地下廠房不穩(wěn)定塊體分析成果表

      表2 地下廠房不穩(wěn)定塊體位置示意圖

      由上表可看出,地下廠房區(qū)共揭露6處不穩(wěn)定塊體,其中安全系數(shù)小于2的有3處,需要進(jìn)行支護(hù)處理。

      3 結(jié)論

      UNWEDGE是款分析在堅(jiān)硬巖體中開挖形成的塊體穩(wěn)定性的

      應(yīng)用軟件,具有使用方便、界面友好、可進(jìn)行交互式操作、功能強(qiáng)大等特點(diǎn);可據(jù)不連續(xù)面組合出塊體并進(jìn)行穩(wěn)定性分析,顯示出空間幾何形狀。但因僅考慮塊體重力,忽略地應(yīng)力場及地震、爆破作用對(duì)塊體影響,且考慮的塊體簡單,只能粗略地進(jìn)行塊體穩(wěn)定性評(píng)價(jià),所得結(jié)果較保守,還需通過現(xiàn)場調(diào)查核實(shí)。

      運(yùn)用Unwedge程序?qū)ξ鞅蹦乘娬镜叵聫S房進(jìn)行塊體穩(wěn)定性分析,結(jié)果同實(shí)際情況基本相符。在工程施工中,根據(jù)分析結(jié)果,不僅可對(duì)可能存在的塊體進(jìn)行針對(duì)性處理,同時(shí)可以對(duì)前方未開挖硐段進(jìn)行塊體穩(wěn)定性預(yù)測。

      [1]王明華.大型地下洞室頂板穩(wěn)定性的巖體結(jié)構(gòu)控制效應(yīng)[J].巖土力學(xué),2003,(3).

      [2]崔銀祥,聶德新,陳強(qiáng).某電站大型地下洞室群主變洞確定性塊體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2005,13(20):212-217.

      [3]劉義虎Unwedge程序在雪峰山隧道圍巖塊體穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J]中南公路工程,2006,(2).

      P62[文獻(xiàn)碼]B

      1000-405X(2015)-7-479-2

      胡凱(1989~),男,碩士在讀,研究方向?yàn)榈刭|(zhì)工程。

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