向家坝水电站地下厂房围岩稳定的黏弹塑性有限元分析

第３ｌ卷第４期２０１０年４月

岩土力学

Ｖ０１．３１Ｎｏ．４

ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ

Ａｐｒ．２０１０

文章编号ｌ

１０００－－７５９８（２０ＬＯ）０４一１２７６—０７

向家坝水电站地下厂房围岩稳定的

黏弹塑性有限元分析

聂卫平，徐卫亚，周先齐，李良权，刘

（河海大学岩土工程研究所。南京２１００９８）

伟

摘要：考虑流变作用，建立三维有限元模型进行数值计算，以洞室变形和点抗滑安全系数为指标，针对向家坝水电站地下厂房雨岩的特殊性进行稳定性研究，结果表明，随着围压的增高，流变速率逐渐减小，初始应变逐渐减小；软弱夹层处流变速率较其他岩体减小缓慢，且开挖后流变达到稳态状态时软弱夹层最终流变位移较大；黏弹塑性下围岩位移分布及变化规律与弹塑性一致，但黏弹塑性下计算位移明显要比弹塑性大；流变效应对岩体变形和稳定性，以及对支护结构有重要影响；黏弹塑性情况下，洞室围岩特征点抗滑安全系数比弹塑性条件下小，软弱夹层出露处和拱顶点抗滑安全系数较低，点抗滑安全系数分析还表明，软弱夹层对其稳定性影响明显，验证了位移分析结果。关键词：弹颦性；黏弹塑性；流变；洞窜变形；点抗滑安全系数；流变位移中图分类号Ｉ

ＴＶ５５４；Ｏ２４２．２１

文献标识码ｌ

Ａ

Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｏ—ｐｌａｓｔｉｃｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ

ｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅｏｆＸｉａｎｇｊｉａｂａｈｙｄｒｏ—ｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ

ＮＩＥ

Ｗｅｉ ｐｉｎｇ，ＸＵＷｅｉ—ｙａ，ＺＨＯＵＸｉａｎ—ｑｉ，ＬＩ

Ｌｉａｎｇ—ｑｕａｎ，ＬＩＵ

Ｗｅｉ

（ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ）

ｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｒｈｅｏｌｏｇｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅ

ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｆｏｒｓｔｕｄｉｅｄｂａｓｅｄＯＩｌｔｈｅｉｎｄｅｘｅｓｏｆａｎｄｉｎｉｔｉａｌｓｔｒａｉｎｄｅｃｒｅａｓｅ

ｃａｖｅｒｎ

ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ

ｃａｖｅｒｎｏｆ

Ｘｉａｎｇｊｉａｂａｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｉｓ

ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｐｏｉｎｔｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒａｇａｉｎｓｔｓｌｉｄｉｎｇ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｐｅｅｄｒａｔｅ

ｇｒａｄｕａｌｌｙｗｉｔｌｌｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｌｌｏｔｈｅｒｒｏｃｋｓ．ｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｐｅｅｄｏｆｓｏｆｔ

ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｏｔｈｅｒｓｔａｔｅｓｗｈｅｎｒｈｅｏｌｏｇｙｒｅａｃｈｅｓ

ｒｏｃｋｏｆ

ａ

ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｄｅｃｒｅａｓｅｓｓｌｏｗｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙｒｈｅｏｉｏｇｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｓｏｆｔｌｏｗｅｒｓｔａｔｅ．Ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

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ｂｙｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔ．Ａｔｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｏｉｎｔｓ’ｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｓａｇａｉｎｓｔ

ａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｏｉｎｔｓ’ｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｓｏｆｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ｐｏｉｎｔｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒａｇａｉｎｓｔｓｌｉｄｉｎｇｏｆｓｏｆｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｄ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ；ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ；ｔｈｅｏｌｏｇｙ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃａｖｅｒｎ；ｐｏｉｎｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒａｇａｉｎｓｔｓｌｉｄｉｎｇ；ｒｈｅｏｉｏｇｉｃａｌ

１

引言

群围岩稳定性开展的工作大多是对一些特定工程进行的研究，如Ｃｈｒｙｓｓａｎｔｈａｋｉｓ等１１１１用有限元、ＤＤＡ或二维和三维离散元方法对特定工程进行了稳定性分析：Ｓｉｔｈａｒａｍ等【４】对节理岩体中洞室围岩提出了较新的力学类型；Ｈｉｂｉｎｏ和Ｍｏｔｏｊｍａｌ５Ｊ用现场实测方法研究了日本十余个大型水电地下厂房的围岩变

我国是个多山国家，电站厂房群采用地下开挖的方法是一个发展趋势，因此，研究不同条件下地下洞室围岩稳定性就成为一个重要的研究课题。近年来，国内外学者或工程界人士发表的对地下洞室

收稿日期：２００９－０３．１Ｉ

基金项目：国家自然科学基金资助项１｜（５０５３９１ｌＯ）；国家十一五科技支撑项目（２００６ＢＡＢ０４Ａ０６）。

第作者简介：聂卫平，男，１９８２年生，博士研究生，主要从事岩石力学与工程等方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｗｐ＿ｊｚｉｔ＠ｔｏｍ．ｃｏｍ

万方数据　

第４期聂卫平等：向家坝水电站地下厂房围岩稳定的黏弹蠼性有限元分析

１２７７

形规律；安红刚１６Ｊ综合应用遗传算法、人工智能、神经网络理论以及并行计算，提出了大型洞室群优化的并行进化神经网络有限元方法；朱维申等【７峭ｌ对典型的洞室群型在不同条件和多因素影响下高边墙位移规律的预测进行了研究。而随着岩体工程规模的扩大及深部岩石工程的发展，某些地下洞室围岩变形的时间效应越来越突出，甚至成为影响洞室稳定性的关键因素。这种与时间相关的流变特性，单纯地运用弹塑性理论是无法模拟的，需要用新的

模型和方法对其进行研究。如Ｈｓｉｅｈ等ｐ懈蠕变变

形（黏性变形）分成体积蠕变和剪切蠕变两部分，并分别采用Ｔａｙｌｏｒ体积蠕变规律和Ｓｉｎｇｈ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ偏态蠕变规律来求取；张玉军、刘谊平等ＩｌｏＪ建立了一种正交各向异性岩体的黏弹一黏塑性模型对层状岩体（横观各向同性介质）中的地下洞室围岩的流变动态进行了分析；邵国建、卓家寿等【ｌＩｊ考虑了洞室开挖过程中的黏性效应，从理论和经验两方面讨论了迭代过程中时间步长的限制问题，对某洞室围岩稳定性所进行的分析；曹树刚、边金等¨２Ｊ通过对岩石的全应力．应变曲线和蠕变曲线的分析，提出了一种组合模型，能较好地反映岩石的非衰减蠕变特性。董志宏、丁秀丽等【ｌ３】运用均匀设计．神经网络．遗传算法方法对构皮滩水电站地下厂房区的软岩流变参数进行了反演分析。虽然洞室流变研究较多，但向家坝地下洞室有其特殊性，本文基于前人研究的基础上，应用试验分析的结果，采用美国ＡＮＳＹＳ公司的ＡＮＳＹＳｌ０．０软件建立三维有限元模型，并采用侧压力系数法对地下洞室区地应力进行施加，针对向家坝水电站地下洞室的特殊性开展流变分析，以研究流变作用下地下洞室围岩的稳定性，以满足工程施工、设计等的需要。文中选用洞室变形及点抗滑安全系数为考察指标，能很好地反映洞室围岩的稳定性变化规律。

２工程概况

向家坝水电站地下输水发电系统布置在坝址右岸，为一组大型地下洞室群，洞群结构复杂。主厂房高度为８５．５ｍ，跨度为３１ｍ，岩锚吊车梁以上最大跨度为３３ｍ；主变洞高度为２３．７４ｍ，跨度为

２６．３

ｍ。洞室规模大，其中主厂房开挖跨度在国内

外已建、在建和拟建的水电站中居第一，其跨度和规模均居世界前列。主厂房第１层顶拱岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩透镜体及粗砂岩；洞室项拱以ＩＩ类围岩为主，有部分围岩为ＩⅡ～Ⅳ类，厂房洞内出露的主要软弱夹层有ＪＣ２．２、ＪＣ２—３和ＪＣ２－４。

万　

方数据３

黏弹塑性流变本构模型及计算参数的确定

分析砂岩、粉砂质泥岩和软弱夹层试验曲线，

瞬时变形性质上砂岩主要表现为弹性，粉砂质泥岩主要表现为弹塑性，软弱夹层主要表现为塑弹性；流变变形性质上，软弱夹层的黏性最突出，粉砂质泥岩次之，砂岩的黏性相对最小，在高应力水平下，三种岩石均具有黏弹性和黏塑性性质。因此，采用Ｂｕｒｇｅｒｓ黏弹性流变模型和Ｍｏｈｒ．Ｃｏｕｌｏｍｂ塑性屈服准则耦合的Ｂｕｒｇｅｒｓ黏弹塑性流变本构模型进行向家坝地下厂房洞室群岩体的流变计算，模型示意图如图ｌ。将地层按岩性归类，根据流变试验及流变参数辨识结果，确定地下厂房区各岩组Ｂｕｒｇｅｒｓ黏弹翅性流变模型参数，如表１所示。弹塑性数值计算采用有限差分法，强度准则采用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ准则，各岩组力学参数建议值见表２。

☆＾开尔文模型

马克斯韦尔模型

．广卜、

摩尔库伦模犁

矿

圈１伯格斯黏弹塑性流变模型示意图

Ｆｉｇ．１

ＳｋｅｔｃｈｏｆｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒＢｕｒｇｅｒｓ

ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ

模型中的参数有：弹性体积模量膨开尔文剪

切模量ＧＫ；开尔文黏滞系数矿；马克斯韦尔剪切

模量Ｇ匕马克斯韦尔黏滞系数叮肼；黏聚力气；摩

擦系数￡。

表１各岩组伯格斯黏弹塑性流变模型参数

Ｔａｂｌｅ１

Ａｌｌｐｅｔｒｏｆａｂｒｉｃ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ

巴竺璺！！！竺！曼竺！ｇ！！！！！！！竺！！苎！！竺：Ｐ！苎！望！！壁

Ｔ３’９．８８６．５０１７５０５２３１８０１．４６ｌＴ３“ｌＯ．９７７．５５

１７５０５２３

１８０

１．５５

ｌＴ３”１１．１ｌ７．６５

１７５０５２３１８０

１．５５ｌＴ３“１０．４８７．２１１７５０５２３１８０

１．５２ｌ

Ｔ３“

２．４５１．４７

１６０４９１０

０．７３

Ｏ

Ｔ３Ｊ

４．９４３．２５

１６０４９１０

１．０４ＯＴ３“３．２ｌ２．０２１６０

４９１００．８７ＯＴ３“５．１３３．２３１６０

４９１００．９２Ｏ夹层

３．９３

２．３６

１５０

９８

１０

０．１Ｉ

Ｏ

注；ｃ．、Ｌ为流变稳态时岩体黏聚力和摩擦系数

１２７８

岩土表２弹塑性数值计算岩体力学参数

Ｔａｂｌｅ２

ＭｅｃｈａｎｉｃａＩ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋ

ｍａｓｓｆｏｒ

ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ

ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

地层弹模

泊松比

重度

黏聚力ｃ摩擦系数

正

参数

／ＧＰａｉｚ／（ｋＮ／ｍ３）

／ＭＰａ

ｆ

／ｌ～４＿ＰａＴ３４

１６．００

０．２３

２５．５２

１．５７

１．２２１．６２１＂３’８．０００．２３２５．３４

１．２３

１．０５

１．２３Ｔ３２”１８．８００．２２

２５．４９１．７０１．２８１．７６Ｔ１‘～１８．０１

０．２２２５．５０

１．６３１．２４１．６９Ｔｌ‘一

１８．２４０．２２２５．５０

１．６５１．２５１．７ｌ

Ｂ‘＋１１８．６６０．２２２５．４９１．６７１．２６

１．７３

Ｔ３。’３．６７０．２５２５．６３０．８７０．８７

０．８４Ｔ３“１８．６６０．２２２５．４９１．６７１．２６

１．７３Ｔ３“５．０００．２４２５．６４１．０３０．９６

１．００Ｉ＂３“１７．６００．２２２５．５０１．６３１．２４

１．６８夹层

２．００

Ｏ．２５

２０．００

０．１０

０．２５

０．００

注：Ｃ、厂为瞬时弹塑性岩体粘聚力和摩擦系数。

４模型的建立

三维模型研究范围为：Ｘ方向（主厂房横向，指向上游为正）０～３５０ｍ；Ｙ方向（主厂房纵向，指向山体内为正）０～５５０ｍ；Ｚ方向（竖直方向，向上为正）０．～５５０ｍ，最大高度为５５０１１１。模型共划分单元１７２１４２个，节点７９５９６个，采用实体单元模拟位移边界条件。地下厂房整体示意图如图２。根据设计院提供的资料，采用侧压力系数法对地下洞室区地应力进行施加，整个洞室开挖共分１ｌ步，具体分步开挖步骤见图３和表３。

图２地下厂房洞室示意图

Ｆｉｇ．２

Ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃｓｋｅｔｃｈｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ

ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅｃａｖｅｒｎ

图３厂房区三维仿真模型分层示意图

Ｆｉｇ．３

Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎｓｋｅｔｃｈｏｆｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅｒｅｇｉｏｎ３－ｄｆｉｎｉｔｅ

ｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ

万　

方数据力学２０１０笠

表３厂房区洞室开挖分步

Ｔａｂｌｅ３

Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓｔｅｐｓｏｆｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ

ｃａｖｅｒｎ

开挖步骤

洞事部位

第１步１号、３号施丁支洞和５号施ｒ支洞、交通洞、通风洞

第２步

母线竖井

第３步主厂房、主变洞、尾水洞２段、尾水洞３段、引水洞第１层第４步主厂房、主变洞、尾水洞２段、尾水洞３段、引水洞第２层第５步主厂房、主变洞、尾水洞２段、尾水洞３段第３层、

第６步

主厂房、尾水洞３段第４层、

第７步

主厂房第五层第８步主厂房第六层第９步主厂房第七层第１０步

尾水洞１段第１层第１１步

尾水洞１段第２层

５

结果分析

５．１特征点位置

为分析洞室应力位移变化趋势，选取了ｌ撑、２撑、

３群、斜４个典型断面进行计算分析。ｌ撑断面和２撑断面为主厂房断面，位置分别为Ｙ＝２７８．４４

ｍ、

Ｙ＝１６２．４３

ｍ；３撑断面和４ｊ｜｝断面为主变洞断面，位

置分别为Ｙ＝２７８．４４ｍ、ｙ＝１６２．４３ｍ。每个断面都布置一些特征点进行位移及点抗滑安全系数信息的记录，断面及特征点位置见图４。５．２特征点流变位移分析

由数值计算呵得各特征点流变位移曲线，选列主厂房ｌ｛｜｝断面流变合位移图，见图５。

由流变合位移图可以发现：流变位移随时间的增长逐渐增加，但增大的速度逐渐减小，即随着围压的增高，流变速率逐渐减小，初始应变逐渐减小；软弱夹层流变速率减小的缓慢，且随各步开挖后流变达到稳定状态，软弱夹层流变位移较其他岩体流变位移大。

５．３各断面流变位移分析

根据上述计算模型、流变参数、支护参数，通过有限元数值分析，计算结果最终整理如图６－－－７所示。综合考虑洞室围岩轴向、切向与径向三个方向的变形，据此分析如下：

（１）弹塑性条件下，洞室围岩在开挖完毕后不同部位向临空面变形大小不一致，地下厂房区ｌ撑断面拱顶最大变形为３５．２４ｍｍ，底板最大变形为

２４．０４

ｍｍ，上游侧边墙最大变形为５１．０７ｍｍ，位于ＪＣ２－２上游侧边墙出露处，下游侧边墙最大变形为

３８．３９

ｍｍ，位于ＪＣ２．２下游侧边墙出露处；２群断面拱项最大变形为３１．８７ｍｍ，底板最大变形为

２６．２８

ｍｍ，上游侧边墙最大变形为４９．５５ｍｍ，位于ＪＣ２．３上游侧边墙出露处，下游侧边墙最大变形

５０．２３

ｍｍ，位于ＪＣ２．３下游侧边墙出露处。主变洞

第４期聂卫平等：向家坝水电站地下厂房围岩稳定的黏弹塑性有限元分析

１２７９

区３稃断面拱顶最大变形为３７．３５ｍｍ，底板最大变形为２２．１５ｉｎｍ，上游侧边墙最大变形为２２．８４

ｍｍ，

位于上游侧边墙中上部，下游侧边墙最大变形

３２．１９

ｍｍ，位于下游侧边墙中上部：４群断面拱顶最

图４断面及特征点位置

Ｆｉｇ．４

Ｇ。ａｐｈ０ｆ３ｅｃｔｉｏｕｓａｎｄ。ｈａ。ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ

ｐｏｉｎｔｓｐｏｓｉｔｉｏｎｓ

万　

方数据ＢＩＢ３

ｇ

量静趔制爝

０２００４００６００

８００

ｌ０００

ｉ２００

流变时间／ｄ

（ａ）非软弱夹层特征点流变位移

出露Ｐ２出露Ｐ４

出露Ｐ６

ｇ

姜静趟锹

斌

∞如∞加∞如柏如加ｍ

０

０

２００

４００

６００

８００１０００１２００

流变时间，ｄ

（”软弱夹层特征点流变位移

图５各点流变合位移图

Ｆｉ昏５

Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｕｌｔａｎｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｇｒａｐｈｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｏｉｎｔｓ

ｍｍ，底板最大变形２５．５６ｍｍ，上游ｍｍ，位于上游侧边墙中上ｍｍ，位于ＪＣ２ ２下（２）黏弹塑性条件下：软弱夹层对洞室围岩变ｍｍ，位于２撑断面下游ｍｍ，位于（３）黏弹塑性洞周位移分布及变化规律与弹塑

大变形２７．０４侧边墙最大变形２４．７２部，下游侧边墙最大变形３０．１１游侧边墙出露处。围岩主要向临空面变形，顶板下沉，边墙向洞内变形，底板向上，形成“底鼓”现象。

形影响比较明显，主厂房边墙围岩在软弱夹层处变形比较大，最大达到６８．２４侧边墙ＪＣ２．２出露处。主厂房位移都表现为边墙最大，顶拱和底板次之；主变洞底板围岩在软弱夹层处变形比较大，支护前最大达到６０．３１３＃断面拱顶，３群断面由于不受软弱夹层影响，位移主要表现为顶拱最大，边墙次之，底板最小，４撑断面由于受到软弱夹层影响，位移表现为边墙最大，项拱次之，底板最小。由此可知，软弱夹层对洞室围岩变形的影响较大。

性一致，洞室围岩拱顶位移向下，底板位移向上，

边墙向洞内变形；对于主厂房区域１｝≠断面上游边墙

１２８０

岩

土

弹塑性位移

鼯蕊

６Ｉ．

耶

ｃ４９．３６

ｙ

４０／

盯

Ⅶ叫薹彤

吼¨“妇土

溉鬈ｍ

２４‘３

嗍

㈣

ｌ例婴鲫薹垦

Ⅲ

１２．

（ａ）ｌ＃断面

弹塑性位移哩乃沁。

踟汕

题甜９§泳

盯

彤如ｍ

的

＂弘

煅６８．２４醢

町

撇

默

２４．７５

眠

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３０．４７

６９

ｌ：Ｚ！ｉ望；２２：５，．３９ｎ５

％

（ｂ）２＃断面

一瓣挚％黧兰一缝辫蒜瓣

（ｃ）３＃断面

一４０４”．ｄｉ薪严２３弋遗

３

１２

熬杂穗霾

（ｄ）锥断面

图６弹塑性和黏弹塑性总位移对比

Ｆｉｇ．６

Ｒｅｓｕｌｔａｎｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆ

ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ

万　

方数据力

学

２０１０生

圈７弹塑性和黏弹塑性开挖后围岩位移矢量

（长度代表位移量值）

Ｆｉｇ．７

Ｒｏｃｋ

ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｖｅｃｔｏｒｓａｆｔｅｒｅｘｃａｖａｔＩｏｎ

ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ

ｏｆｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄｖｉｓｅｏｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ

（１ｅｎｇｔｈ

ｆｏｒ

ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ）

部位的位移高于下游边墙，２撑断面下游边墙部位的位移高于上游边墙，下游边墙和上游边墙位移中部较大，两侧偏小，这主要是由于边墙中部有软弱夹层穿过所引起；对于主变洞区域３｝｜｝和４撑断面，由于距离地下厂房较近，上游侧边墙和底部易受厂房的挠动影响，上游边墙部位的位移高于下游边墙；黏弹塑性计算所得位移明显要比弹塑性计算所得位移大，对于主厂房位移，黏弹塑性位移顶拱平均增幅为５５．５６％，底板平均增幅为３７．８３％，上游侧边墙平均增幅为３４．６２％，下游侧边墙平均增幅为３２．０５％；对于主变洞位移，黏弹塑性位移项拱平均增幅为６９．１１％，底板平均增幅为２９．７５％，上游侧边墙平均增幅为４５．６３％，下游侧边墙平均增幅为７８．１１％；受结构面切割影响，洞室拐角和分岔处都有比较大变形。

５．４特征点抗滑安全系数分析

通过有限元数值分析，可以得到断面特征点抗滑安全系数对比，对比结果见图８。据此分析如下：

（１）特征点抗滑安全系数均大于ｌ；黏弹塑性条件下，各断面特征点抗滑安全系数较弹塑性条件

下小，说明考虑时间的影响，由于产生滞后位移，使得洞室围岩稳定性降低。

（２）弹塑性条件下：ｌ群断面点抗滑安全系数最小为１．３３，位于ＪＣ２．２下游侧边墙出露Ｐｌ点：２稃断面点抗滑安全系数最小为１．０，位于ＪＣ２．２两侧边墙出露Ｐ１、Ｐ２点。主变洞区３撑断面边墙无软弱夹层出露，拱顶点抗滑安全系数较边墙小，拱顶Ｇ２点最小１．２２：４撑断面点抗滑安全系数最小为１．Ｏ，位于ＪＣ２—２上游侧边墙出露Ｐ２点。黏弹塑性条件下：１撑断面点抗滑安全系数最小１．０４，位于ＪＣ２．４底板出露Ｐ５点；２撑断面点抗滑安全系数最小为１．０，位