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）

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。