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我国已经成为世界水电建设的中心,而未来十年我国的水电建设任务依旧十分繁重。在水利工程的大力建设中,地质条件将更加复杂多样化,水电站地下厂房群的围岩更加复杂多变,对地下厂房洞室开挖过程中的围岩稳定性分析越来越必要。有效利用水电站的监测资料和有限元的计算结果,提出合理的安全评价方法,不但可以让同类工程在今后的建设中得到经验借鉴,而且对水电站的正常运行可以提供有益的参考。
本文对水电站的监测数据进行了统计分析、回归分析和预测分析;然后结合水电站的围岩地质情况,厂房的围岩尺寸模拟了水电站地下厂房开挖的全过程,施加水电站运行时的外部荷载,作用于开挖完成后的围岩,得到该水电站有限元分析的初步结果;最后结合水电站的监测数据和有限元计算结果,运用模糊数学的知识做出安全评价。其主要的成果如下:
(1)分析了某抽水蓄能水电站的监测数据,得出该电站的主厂房及主变室围岩变形观测的总体规律,即位于厂房顶拱或上部的岩体内部位移较小,位于厂房下部的岩体内部位移较大,主变室的围岩变形相对主厂房小。主厂房、主变室的岩体内部变形变化速率都很小,符合围岩稳定标准;主厂房与主变室锚杆应力总体规律也是上部小,下部相对大,数值基本稳定。通过回归分析得到温度是影响围岩变形的因素之一;在MATLAB中编制了相应的预测程序,预测分析了围岩的变形趋势,对比监测结果,数据预测准确度较高。
(2)利用ANSYS单元生死的模拟功能,实现了对该水电站地下厂房的开挖模拟,取得了一些合理的结果。模拟过程中着重分析了在自重作用下围岩产生的地层构造应力,然后分析了地层应力作用下围岩的应力状况及位移状况。开挖完毕后,计算得出地下厂房围岩在外荷载作用下理论的最大变形量达到12.5mm,位于山顶处,在母线洞附近的平均变形为11.1mm。计算得出理论应力值为压43.9MPa,主要集中在开挖后的主厂房和主变室的临空面。
(3)基于有限元计算结果和监测数据,本文提出了“择优理论”,并编制了相应的程序。采取该理论并选取围岩关键点的位移值和应力值作为控制因子,进行逐一选择,得到评判因素,利用模糊数学的综合评判方法进行安全评价。按照最大隶属原则,该评价区域为安全。