[发明专利]一种高地应力条件下地下洞室群布置方案比选方法

说明书

本发明提供了一种高地应力条件下地下洞室群布置方案比选方法，S1：探明地层岩性与地质构造的几何边界，确定岩体类别与力学参数，地应力测量并回归初始应力场，从而拟定若干个可行的地下洞室群宏观布置方案；S2：采用三维离散元方法对步骤S1的各个方案进行开挖支护过程的计算分析，并由内置FISH语言编程提取各种计算指标；S3：通过不同布置方案的开挖能量释放率水平、围岩高应力集中体积、连续介质大变形体积、结构面控制型块体方量以及塑性区体积这5项反映围岩稳定问题程度的计算指标对比，建立适应工程特点的优胜劣汰评价体系，实现多因素制约条件下布置方案优选。

技术领域

本发明涉及水电、水利等地下空间工程领域，具体涉及一种高地应力条件下地下洞室群布置方案比选方法。

背景技术

我国西部水电工程规模越来越大，其地下厂房跨度达20～35m量级、圆筒形尾水调压室直径达40～50m量级，然而，由于西部地区岩石圈动力环境特殊，具备断裂活动强、地震烈度高、地应力水平高和地质构造发育等特征，使得宏大的工程规模与地质条件复杂性之间的矛盾突出，表现出了岩石力学问题多样性和复杂性，尤其以高地应力导致的脆性岩体岩爆、破裂和大变形问题最为复杂且难以防治。

地下洞室群布置方案是决定工程整体施工难度和经济投资的重要因素，也是代价最低的工程风险控制措施。但由于大型地下洞室群围岩稳定问题复杂且影响因素众多，不能通过简单的工程类比和经验评判方法进行布置方案比较，因此，需要一种能够考虑多指标体系的定量分析方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高地应力条件下地下洞室群布置方案比选方法，该方法的优越之处在于能够通过不同布置方案的开挖能量释放率水平、围岩高应力集中体积、连续介质大变形体积、结构面控制型块体方量以及塑性区体积这5项反映围岩稳定问题程度的计算指标对比，建立适应工程特点的优胜劣汰评价体系，实现多因素制约条件下布置方案优选。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种高地应力条件下地下洞室群布置方案比选方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：探明地层岩性与地质构造的几何边界，确定岩体类别与力学参数，地应力测量并回归初始应力场，从而拟定若干个可行的地下洞室群宏观布置方案；

S2：采用三维离散元方法对步骤S1的各个方案进行开挖支护过程的数值计算分析，并且进行两两对比，通过三维离散元中“set energy on”命令进行开挖能量释放率指标的自动统计；

S3：在三维离散元方法中基于FISH语言开发的二次程序，获取各个方案中的应力集中大于岩体启裂强度的体积、围岩大变形体积、结构面控制型安全裕度较小的块体方量以及塑性区的指标；

S4：通过步骤S2、步骤S3的计算分析就两种布置对比方案的各项计算指标绘制成百分比堆积条形图，单项指标以相对较小占优势，并对单项指标按照不及相对优劣线或绝对优劣线进行评分，对单项指标小于绝对优劣线的记高分标记，对单项指标小于相对优劣线并大于绝对优劣线的记低分标记，对单项指标大于相对优劣线的不进行计分标记；

S5：基于两种方案的总分进行优胜劣汰评价，筛选出高分的方案作为优选方案，并将优选方案的指标与其他方案的指标再进行比较，重复步骤S2、步骤S3和步骤S4，通过多个方案进行两两对比，最终得出最优布置方案。

进一步的：所述步骤S2中的开挖能量释放率指标的具体计算方法是：

开挖能量释放率指标＝Umb/Vm

其中：

Umb指的是开挖岩体内能量；

Vm指的是开挖体积。

进一步的：所述步骤S3中的应力集中大于岩体启裂强度的体积的具体计算方法是：

δ1-δ30.4UCS