基于unwedge程序對西北某水電站地下廠房塊體穩定性分析

胡凱

（成都理工大學四川成都610059）

基于unwedge程序對西北某水電站地下廠房塊體穩定性分析

胡凱

（成都理工大學四川成都610059）

UNWEDGE程序是根據塊體理論開發的一種在堅硬巖體中開挖所形成塊體穩定性的應用分析軟件，具有界面友好、操作簡便、功能強大的特點。本文對該程序基本原理作了介紹，并將其應用到西北某水電站的地下廠房的塊體穩定性分析中。研究表明，該程序具有較好的實際應用價值。

UNWEDGE程序地下廠房塊體穩定性

0　引言

巖體是一種復雜的地球介質，包含節理、裂隙、層理及斷層等結構面。這些結構面將巖體切割成空間形態各異的塊體，在自然狀態下，這些塊體處于平衡狀態。在地下洞室開挖中，由于臨空面的形成，某些塊體會失去平衡，沿結構面掉落或滑落，造成圍巖失穩[1]。塊體不穩定是地下開挖工程失穩的主要形式，研究洞室結構面不利組合、塊體結構形式、失穩模式及穩定性十分重要，有利于確定支護形式。目前，在地下洞室塊體穩定性分析中，石根華等提出的塊體理論得到了廣泛應用[2]。基于塊體理論的塊體穩定性分析程序UNWEDGE是由多倫多大學E．Hoek等開發的。本文對該程序的基本原理做簡要介紹，并將其應用到在建的西北某水電站地下廠房圍巖塊體穩定性分析中。

1　 UNWEDGE程序簡介

Unwedge程序假定結構面相切形成的塊體為3組結構面和開挖臨空面組成的四邊形,僅考慮重力及結構面的力學性質,不考慮地應力作用,并假定結構體為剛體，結構面為平面且貫穿研究區域。Unwedge會自動生成楔形塊體并計算出安全系數。用戶可根據情況對塊體進行分析。塊體有3種破壞方式：直接垮落,沿單面滑動及沿雙面滑動。用以表征塊體穩定性的是安全系數F.S.,在不考慮地震和地下水作用時,滑動力即為塊體重力。在滑動破壞時,滑動力為重力沿滑動面切向分力;直接垮落破壞時,滑動力為塊體重力;當重力矢量超出塊體基底時,塊體將發生轉動破壞,但Unwedge仍將按滑動方式計算其安全系數[3]。

一般建議安全系數大于1.5～2,臨時巷道大于1.5,永久巷道大于2.0。不滿足上述要求的塊體,應進行支護加固。

2　工程實例

2.1工程概況及基本工程地質條件

西北某水電站地處秦嶺山區，采用地下式廠房，安裝4臺單機容量350MW發電機組。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°。通過對勘探平硐的節理進行分析，結構面優勢方位有四組。廠房區地應力狀態以水平應力為主；水平面內最大水平主應力方向為NW～NWW向。結合區內相關實測資料進行的應力場反演表明，廠房區域最大值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，巖體結構以次塊狀～塊狀結構為主，巖質堅硬，抗壓強度高、彈性模量大、吸水率低。巖體中發育有一定延伸長度的斷裂和裂隙結構面，可能構成巖體失穩的潛在幾何邊界和力學邊界，存在塊體穩定問題。整體而言，地下廠房賦存地質環境較好，具備修建大型地下洞室群的條件。

2.2塊體穩定性分析

據勘探平硐結構面的調查分析及對廠房區主要斷裂結構面的空間展布，確定斷層及裂隙與地下硐室交接關系，采用Unwedge進行塊體組合得到地下廠房的不穩定塊體。結構面組合情況和分析計算所用參數及結果見表l～2。

表1　地下廠房不穩定塊體分析成果表

表2　地下廠房不穩定塊體位置示意圖

由上表可看出，地下廠房區共揭露6處不穩定塊體，其中安全系數小于2的有3處，需要進行支護處理。

3　結論

UNWEDGE是款分析在堅硬巖體中開挖形成的塊體穩定性的

應用軟件，具有使用方便、界面友好、可進行交互式操作、功能強大等特點；可據不連續面組合出塊體并進行穩定性分析，顯示出空間幾何形狀。但因僅考慮塊體重力,忽略地應力場及地震、爆破作用對塊體影響,且考慮的塊體簡單,只能粗略地進行塊體穩定性評價,所得結果較保守,還需通過現場調查核實。

運用Unwedge程序對西北某水電站地下廠房進行塊體穩定性分析,結果同實際情況基本相符。在工程施工中,根據分析結果,不僅可對可能存在的塊體進行針對性處理,同時可以對前方未開挖硐段進行塊體穩定性預測。

[1]王明華.大型地下洞室頂板穩定性的巖體結構控制效應[J].巖土力學,2003,(3).

[2]崔銀祥，聶德新，陳強．某電站大型地下洞室群主變洞確定性塊體穩定性評價[J]．工程地質學報，2005，13(20)：212-217．

[3]劉義虎Unwedge程序在雪峰山隧道圍巖塊體穩定性分析中的應用[J]中南公路工程,2006,(2).

P62[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-479-2

胡凱（1989～），男，碩士在讀，研究方向為地質工程。