【文章內容簡介】 體宏觀力學參數(shù)的概念，本質上就是將具有非連續(xù)特征的巖體視為等效連續(xù)體來加以考慮。由于層狀巖體可近似為橫觀各向同性，力學參數(shù)取值如表 1 所示。其中，順層面走向的面為各向同性面，而任意垂直于層面的面為對稱面。表 1 層狀巖體等效連續(xù)力學參數(shù)Table 1 Equivalent continuum physicomechanical parameters of transversely isotropic rock mass E1/GPa E2/GPa E3/GPa ?12 ?13 ?23 G12/GPa G13/GPa G23/GPa (2) 對于部分結構面直接模擬后的宏觀巖體力學參數(shù)而言，主要取決于巖體包含的結構面級別。即將 IV 級結構面作為單獨地質單元模擬時，巖體的參數(shù)為巖塊與 V 級結構面組合的等效參數(shù)；而僅將 III 級結構面單獨模擬時，巖體的參數(shù)是巖塊與 IV 級、 V 級結構面組合的等效參數(shù)。模型中層面與節(jié)理組均作為獨立的地質單元單獨模擬 [1]，此時 3DEC 中 Block 取巖塊參數(shù)，而結構面計算參數(shù)見表 2。表 2 結構面參數(shù)取值表Table 2 Parameters of discontinuities節(jié)理Kn /(MPam－1)Ks /(MPam－1)c/MPa?/(176。)層面 1 200 400 NEE，NWW 向節(jié)理組 20 000 12 000 NW 向節(jié)理組 30 000 20 000 等效連續(xù)與離散元分析的位移結果(1) 采用等效連續(xù)橫觀各向同性分析的計算位移結果如圖 5 所示，由于層狀巖體的等效連續(xù)體的主軸 3 方向與鉛直法向有近 15176。的夾角，因此，廠房第 I 層開挖后頂拱的位移泡有向下游側傾斜的趨勢。上游拱肩、頂拱中心線、下游拱肩多點位移計淺部監(jiān)測點處的計算位移分別達到 7，14，10 mm。上游拱肩、頂拱中心線、下游拱肩相對于排水廊道的計算相對位移值分別達到 2，6，6 mm。圖 5 層狀巖體等效連續(xù)各向異性計算位移 Isochromatic zone of displacements in the equivalent continuum transversely isotropic model after excavation(2) 采用三維離散單元法 3DEC 的計算位移結果如圖 6 所示，盡管巖塊為各向同性，但是受結構面的影響，位移泡同樣有向下游側傾斜的趨勢，這是更為 接 近 現(xiàn) 實 情 況 的 巖 體 結 構 控 制 作 用 。 特 別 地 ，由于受控制性層面的影響，在頂拱位置可能出現(xiàn)位移較大的塊體松弛區(qū)域，如圖 6 所示在頂拱中心線上游側有最大位移為 mm 的塊體?？傮w上，除個別塊體位移較大外，上游拱肩、頂拱中心線、下游拱肩多點位移計淺部監(jiān)測點處的計算位移分別達到 7，15，10 mm。上游拱肩、頂拱中心線、下游拱肩相對于排水廊道的計算相對位移值分別達到2，6，6 mm。 m多點位移計位移/m1311 / 9綜上可見，采用離散元的計算結果與等效連續(xù)的計算結果在整體上吻合較好，印證了巖體等效連續(xù)的本構及所采用參數(shù)的合理性。與等效連續(xù)只能圖 6 三維離散單元 3DEC 計算位移 Isochromatic zone of displacement in the 3D distinct element model after excavation均化反映位移總體特征所不同地，離散元的計算結果進一步說明了軟弱夾層和層面的作用，即節(jié)理切割可以形成組合滑面傾向洞內的塊體分布，并可能表現(xiàn)出松弛等不連續(xù)位移特征(如頂拱中心線上游側的塊體松弛)，進而可能造成局部的錨桿監(jiān)測應力超限等現(xiàn)象，因此，有必要實施隨機支護，保障個別松弛塊體在自重作用下具備較大的穩(wěn)定系數(shù)。 等效連續(xù)與離散元分析的應力結果計算應力結果表明，洞周二次應力場中、頂拱最大主應力近水平，與 NWW，NNW 組和 NEE 組陡傾結構面的交角大，因而陡傾結構面上具有較大正應力，塊體一般有較好的穩(wěn)定性。由于廠房頂拱區(qū)內除層狀結構面外無貫穿性結構面發(fā)育，大塊體由于巖橋的作用綜合強度參數(shù)較高，穩(wěn)定性一般較好。然而，由于巖層平緩，層狀結構面對洞頂?shù)姆€(wěn)定影響仍然較大，所以不穩(wěn)定塊體主要分布在洞頂，表現(xiàn)為洞頂小規(guī)模的掉塊以及塊體松弛，要增加隨機錨桿進行補強支護。在等效連續(xù)模型中，錨桿的應力沒有顯著變化，多在 10 MPa 以下。離散元模型得出的錨桿應力同樣較小，多在 MPa 以下，但其能夠較好地反映優(yōu)勢節(jié)理組切割形成塊體的部位，以及可能出現(xiàn)的錨桿高應力部位。如圖 7 所示，在頂拱受層面影響的塊體松弛區(qū)域，錨桿應力可能劇增至于110～150 MPa，說 明 了 錨 桿 監(jiān) 測 可 能 會 出 現(xiàn) 應 力超 限 的 現(xiàn) 象 ，指示局部補強支護區(qū)域。 基于計算分析成果的支護方案選擇由離散元計算結果表明向家壩右岸地下廠房區(qū)地層產狀較平緩，無較大斷層發(fā)育，針對層面的對穿錨索支護和針對淺層塊體的系統(tǒng)支護成為了有效的組合方案。圖 7 三維離散單元 3DEC 計算錨固應力 Distribution of axial bolt forces in 3DEC model實際中遵循錨噴支護為主、鋼筋混凝土襯砌為輔，以系統(tǒng)支護為主、局部加強支護為輔，并與隨機支護相 結 合 的 設 計 原 則 [12， 13]。 經 多 方 案 比較選擇的支護方案為：(1) 頂拱：錨索，噸位：T = 1 750 kN，L = 30 m@ m m；錨桿， ? m m，L = 5，8 m 相間布置；噴鋼纖維混凝土，厚度? = 150 mm。(2) 邊墻：錨索，上游邊墻高程 m 以上，T = 1 750 kN，L = 30 m m，下游邊墻高程 m 以上，對穿錨索 T = 2 000 kN，L = 40 m @ m m； 錨 桿 ， ? 32 m m， L = 5，8 m 相間布置；噴鋼纖維混凝土，厚度 ? = 150 mm。模擬了結構單元的計算成果表明，如圖 4 所示的 3 個序次開挖過程中，③序次開挖對頂拱中心線部位 圍 巖 變 形 影 響 明 顯 ， ② 序 次 次 之 ， ① 序 次 最??；兩側拱肩部位圍巖變形僅受③序次開挖影響。此外，無支護與系統(tǒng)支護的計算結果說明在主廠房頂拱布置適量的預應力錨索，可以顯著地增加層面的摩阻力，從而使得單層巖體的“梁效應”應力狀態(tài)在錨索的作用下形成“組合梁”的效果，最終改善頂拱巖體應力條件并提高頂拱圍巖的穩(wěn)定性。實踐表明，第一期開挖后主廠房頂拱完好，頂拱圍巖