基于unwedge程序对西北某水电站地下厂房块体稳定性分析

2015-10-12胡凯

地球 2015年7期

关键词：洞室块体安全系数

胡凯

（成都理工大学四川成都610059）

基于unwedge程序对西北某水电站地下厂房块体稳定性分析

胡凯

（成都理工大学四川成都610059）

UNWEDGE程序是根据块体理论开发的一种在坚硬岩体中开挖所形成块体稳定性的应用分析软件，具有界面友好、操作简便、功能强大的特点。本文对该程序基本原理作了介绍，并将其应用到西北某水电站的地下厂房的块体稳定性分析中。研究表明，该程序具有较好的实际应用价值。

UNWEDGE程序地下厂房块体稳定性

0　引言

岩体是一种复杂的地球介质，包含节理、裂隙、层理及断层等结构面。这些结构面将岩体切割成空间形态各异的块体，在自然状态下，这些块体处于平衡状态。在地下洞室开挖中，由于临空面的形成，某些块体会失去平衡，沿结构面掉落或滑落，造成围岩失稳[1]。块体不稳定是地下开挖工程失稳的主要形式，研究洞室结构面不利组合、块体结构形式、失稳模式及稳定性十分重要，有利于确定支护形式。目前，在地下洞室块体稳定性分析中，石根华等提出的块体理论得到了广泛应用[2]。基于块体理论的块体稳定性分析程序UNWEDGE是由多伦多大学E．Hoek等开发的。本文对该程序的基本原理做简要介绍，并将其应用到在建的西北某水电站地下厂房围岩块体稳定性分析中。

1　 UNWEDGE程序简介

Unwedge程序假定结构面相切形成的块体为3组结构面和开挖临空面组成的四边形,仅考虑重力及结构面的力学性质,不考虑地应力作用,并假定结构体为刚体，结构面为平面且贯穿研究区域。Unwedge会自动生成楔形块体并计算出安全系数。用户可根据情况对块体进行分析。块体有3种破坏方式：直接垮落,沿单面滑动及沿双面滑动。用以表征块体稳定性的是安全系数F.S.,在不考虑地震和地下水作用时,滑动力即为块体重力。在滑动破坏时,滑动力为重力沿滑动面切向分力;直接垮落破坏时,滑动力为块体重力;当重力矢量超出块体基底时,块体将发生转动破坏,但Unwedge仍将按滑动方式计算其安全系数[3]。

一般建议安全系数大于1.5～2,临时巷道大于1.5,永久巷道大于2.0。不满足上述要求的块体,应进行支护加固。

2　工程实例

2.1工程概况及基本工程地质条件

西北某水电站地处秦岭山区，采用地下式厂房，安装4台单机容量350MW发电机组。厂房开挖尺寸为172 m×24.7 m×52.6 m(长×宽×高)，拱顶开挖高程875.2 m，轴线方向NW317.33°。通过对勘探平硐的节理进行分析，结构面优势方位有四组。厂房区地应力状态以水平应力为主；水平面内最大水平主应力方向为NW～NWW向。结合区内相关实测资料进行的应力场反演表明，厂房区域最大值σ1=6.65 MPa，方向NW298°±15，最小主量值σ3=1.39 MPa。

地下厂房布置于花岗闪长岩中，岩体结构以次块状～块状结构为主，岩质坚硬，抗压强度高、弹性模量大、吸水率低。岩体中发育有一定延伸长度的断裂和裂隙结构面，可能构成岩体失稳的潜在几何边界和力学边界，存在块体稳定问题。整体而言，地下厂房赋存地质环境较好，具备修建大型地下洞室群的条件。

2.2块体稳定性分析

据勘探平硐结构面的调查分析及对厂房区主要断裂结构面的空间展布，确定断层及裂隙与地下硐室交接关系，采用Unwedge进行块体组合得到地下厂房的不稳定块体。结构面组合情况和分析计算所用参数及结果见表l～2。