地下工程

锦屏I级厂房主厂房下游拱肩一带围岩和喷层出现了普遍性的破裂现象,且在一定时间范围内破裂程度不断发展,导致锚索应力监测结果比较普遍地出现超标现象。因此,厂房洞室支护长期安全性和围岩长期稳定性评价成了研究工作的重点,但其核心内容是围岩破裂机制和发展趋势,即围岩固有的(细观破裂)力学特性和工程因素对破裂程度及其发展趋势的影响,围岩固有的破裂特性是基础,后者属于触发因素,故研究工作需要依赖现场基础资料、从围岩固有的力学特性着手,循序渐进地研究和回答工程因素的作用和对工程的影响程度。
本项目研究在技术路线上突出体现了理论与实践之间的辩证关系,首先是利用既往理论认识锦屏一级厂房围岩和喷层破裂现象,特别是所表现出的具体特点,明确问题的性质,这一过程体现理论对实践的指导性,保证对现场现象的认识和分析建立在既往理论基础上;然后是以现场现象、尤其是监测和检测资料为依据,开展破裂机理及其理论描述方法(本构)的研究,这一过程中一方面验证前期勘察成果的全面性、针对性、乃至正确性,另一方面明确锦屏一级厂房破裂问题的特殊性,并以此为依据丰富和完善既往理论认识,体现实践上升到理论认识、进而拓展到技术方法的深化过程;最后是将建立起的理论和方法应用于锦屏一级地下厂房工程实践,评价工程措施的合理性以及工程长期安全性,体现科学研究的实践意义。
研究工作的技术路线可概括为以下几点:首先,在勘察成果基础上依据施工期揭露的现象甄别和定量描述关键性地质条件,即岩体初始地应力场条件、围岩脆性特性、脆性破裂扩展特性,其中的一个基础性工作是验证以实测为主的方式获得的地应力场资料是否与现场破裂特征相一致,利用施工期资料从定量方面厘定地应力场;其次,进行岩体力学特性的定量描述,具体指大理岩非线性本构和破裂扩展本构、以及相应的参数取值。获得围岩破裂控制因素及这些因素的定量描述方式,就获得了深化研究和工程应用的认识和理论,需要完成的工作是将这些认识和理论植入成熟的数值计算程序中,完成理论到方法手段的转变,最终实现工程应用(如下图所示)。
在明确研究工作的技术路线后,拟采用如下的工作方法:
(1)经验方法。包括利用既往实践和研究积累的工作经验对锦屏一级围岩破裂控制因素、机制的经验判断,特别地,现场围岩破裂特征对地应力、围岩非线性、围岩破裂扩展特性的指示性意义的经验判断是整个研究工作的基础。除此以外,围岩非线性建立在峰前特性和峰值强度的基础上,在这个环节上,研究过程中引用了Hoek—Brown经验性强度准备和相应的经验性工作方法;
(2)现场基本条件的验证性分析。采用了经验判断与数值模拟相结合的方式,主要针对厂房区地应力状态。在厂房形态和施工条件已知、岩体力学特性得到合理反映的情况下,只要地应力场取值合理,数值计算模型就可以再现现场的某些指示性破坏特征。因此,计算模型中所采用的地应力场能够再现现场关键性破裂特征,成为检验地应力场现实合理性的重要依据。这一过程中辅助性地采用了三维地质模型技术ItasCAD软件、以及FLACPFC耦合计算技术;
(3)本构研究和程序化开发。指研究能够正确描述围岩破裂和破裂扩展特性的本构关系,并在FLAC3D3DEC等成熟软件中实现这些本构的可靠运算;
(4)数值分析与应用。将基于FLAC3D(亦适用于3DEC)开发的本构应用于研究锦屏一级厂房的相关问题,如深化解释现场现象,进一步分析和论证各种措施的有效性、围岩和支护的长期安全性等。