论文部分内容阅读
地下洞室围岩稳定性一直都备受关注。国内外很多隧道以及洞室的开挖过程都遇到很多诸如塌方、突水等地质灾害问题。由于地下工程具有围岩力学性质和地质结构复杂、初始地应力、地下水以及施工过程不确定等特点，目前还没有公认的围岩稳定分析方法和安全评判标准。此外，水电站地下厂房洞室密集，纵横交错，开挖的过程中难免会遇到很多不良地质条件。本文研究区域的大岗山水电站地下厂房在开挖过程中遇到很多辉绿岩脉，辉绿岩脉的存在使得岩脉附近的围岩稳定发生了很大的变化。花岗岩地区发生地质灾害的记录较少，有辉绿岩脉存在的软弱层带发生地质灾害后缺少相应的经验借鉴。掌握辉绿岩脉的性质以及对洞室围岩稳定的影响对于大岗山水电站地下洞室的开挖以及安全运行就显得较为重要。
本论文依托国电大渡河大岗山水电站地下洞室稳定性研究科研项目。大岗山水电站地下厂房地层岩性主要为γ24-1灰白色、微红色中粒黑云二长花岗岩，岩体新鲜坚硬，总体围岩以Ⅱ～Ⅲ类为主，但局部出露辉绿岩脉，其中的β81、β80两条辉绿岩脉的规模较大，β81宽度为1.7m，β80宽度为4.4m，两条辉绿岩脉脉体破碎，结构疏松，为碎裂结构，对稳定性极为不利，局部稳定性较差。2008年12月16日，在主厂房厂（横）0+132.5m～厂（横）0+135m段向上游区拱顶的扩挖过程中，16日12:00爆破后，12:40顶拱发生了较大规模垮塌，方量约1100m3，为一次塌方；至17日堆积体仍在扩大，形成二次塌方；18日未再掉块，基本趋于稳定，之后进行了加固支护。通过在大岗山水电站近半年的实习，进一步加深了对地下洞室围岩稳定性分析的认识和理解，为论文的研究和撰写做了较为充分的准备。选定该研究方向也可以为将来工作提供一定程度上知识和经验积累，为该领域相关工程提供相应的支护建议。
本论文以四川省雅安市石棉县大岗山水电站工程区的辉绿岩脉为研究对象，在大量现场施工地质调研及实测资料的基础上，深入了解研究区工程地质条件，以工程地质学为基础，综合运用岩体力学、数值计算等理论，研究大岗山水电站辉绿岩脉对地下厂房稳定性影响。取得的研究成果主要包括：
(1)受区域构造影响大岗山水电站的辉绿岩脉的产状主要以NE向偏NW，NW向偏Sw为主，工程区域区发育的缓倾角辉绿岩脉较少对大岗山水电站地下厂房拱顶的稳定性较为有利。辉绿岩脉的规模上，区域内岩脉长度主要集中在100m～300m．之间，10m～100m次之。岩脉厚度宽度＜50cm的岩脉较多。
(2)岩脉分布区域，岩脉上盘节理发育相对密集，产状与岩脉产状大体一致，下盘节理相对不发育。岩脉与花岗岩围岩的接触关系以裂隙式接触为主，断层式接触关系次之，但断层式接触由于物质组成为断层破碎带，结构面强度最低，对于围岩稳定的影响最大。
(3)通过岩石电镜扫描以及结合前期试验资料分析，辉绿岩脉整体的工程性质受到岩脉内部发育裂隙的控制，辉绿岩岩块本身的强度较好。
(4)将辉绿岩脉自身性质以及与地下洞室的开挖关系作为岩脉段围岩稳定影响因素，通过ANSYS数值计算得出以下结论：
①当岩脉处于洞室上方近似水平延伸时，洞室的开挖致使水平上的位移最大值出现在洞室左右拱脚上方的岩脉处。水平方向上的最大压应力值出现在洞室拱顶中心，而最大拉应力值出现洞室拱顶中心上方的岩脉处。随着岩脉厚度的增加，水平向的最大位移值也有增加的趋势。
②岩脉处于洞室左右某侧且垂直发育时，水平向位移最大值会出现在接近岩脉一侧洞室底板处，水平向压应力最大值会出现在洞室拱顶中心处，水平向拉应力最大值出现在洞室远离岩脉一侧拱座处；岩脉处于洞室左上（右上）倾斜发育时，水平方向上最大压应力出现在远离岩脉一侧边墙底板处；
岩脉位于洞室拱顶且岩脉水平发育时相对于岩脉处于洞室左右某侧且垂直发育以及岩脉处于洞室左上（右上）倾斜发育洞室的关键点（洞室轮廓拐点）位移量最小。
③对于开挖方式，采取方案一（先开挖远离岩脉一侧）接近岩脉一侧关键点位移要大于采取方案二（先开挖接近岩脉一侧）关键点水平位移，反之采取方案一开挖方式远离岩脉-侧关键点位移要大于采取方案二开挖方式的水平位移。
不论采取方案一还是方案二，水平方向大位移区域出现在接近岩脉一侧。
(5)以大岗山水电站地下厂房β80岩脉段为具体实例，对比分析无岩脉发育情况可以看出，水平向位移明显增加；分析计算得出拱顶中心关键点绝对总位移为52.02mm，位移值较大，与监测成果接近。通过对比分析此段辉绿岩脉的厚度影响作用要大于岩脉与开挖轮廓相对位置的影响作用。
大岗山水电站有着西南地区较大的地下洞室群，辉绿岩脉作为此区域影响最大的一种不良地质条件岩脉对于地下洞室围岩稳定性的影响就显得尤为重要。研究辉绿岩脉的形成过程、自身性状及其对地下洞室围岩稳定的影响，为判断避免辉绿岩脉段破坏形成塌方提供依据。因此，本文的研究成果对于有辉绿岩脉发育的地下洞室围岩稳定分析具有一定的价值。