RFPA模拟锦屏二级水电站隧道施工过程松动圈形成机理|RFPA - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2014-05-12

    近日，在锦屏二级水电站工程中运用RFPA模拟的基于湿度扩散理论的松动圈形成机理在黄河水利出版社出版的《流域水电开发重大技术问题及主要进展--雅砻江虚拟研究中心2014年度学术会议论文集》中发表。
    锦屏二级水电站工程，是国家重点工程。其引水隧洞长16.67km，开挖洞径12.4~13.8m，隧洞最大埋深约达2525m，引水隧洞具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，深埋问题突出。隧洞开挖过程施工中，主要存在地下突涌水、高地应力岩爆以及高地应力条件下松散围岩的塑性大变形问题。1#、2#引水隧洞塌方部位均位于绿泥石片岩洞段，隧洞埋深1600~1700m，根据地应力反演计算结果，该塌方部位断面最大主应力40~50MPa，加之绿泥石片岩的岩石抗压强度为30~40MPa，强度应力比为1~1.6，围岩具备了发生高地应力破坏的条件，导致塌方破坏时有发生。
    力软公司受华东院锦屏二级项目部委托，与大连理工大学合作，对锦屏二级引水隧洞西端绿泥石片岩洞段扩挖及落底开挖方案稳定性进行分析研究工作，为深入探讨绿泥石片岩在高地应力条件下的破坏和垮落机理，以及隧洞二次开挖和落底开挖的潜在问题分析及相应的支护手段，为绿片岩洞段扩挖、落底开挖时的隧洞稳定性和施工安全提供技术支持。
    图1通过RFPA模拟得到的隧洞最大侵入空间的变形量与岩体初始变形模量之间的关系图表与曲线。图2为数值模拟得到的隧洞A点的变形量随时间的变化关系。图3为最大侵入衬砌空间在60cm量级（岩体初始变形模量为1500MPa）的隧洞侵入衬砌空间断面处松动圈形成期间的破坏、变形模量以及应力场的演化过程。

图1 最大侵入隧洞衬砌空间的变形量与岩体初始变形模量之间的关系曲线

图2 湿度扩散引起的隧洞A点变形量的时间历程

图3 RFPA模拟松动圈形成过程

文章采用自主研发的真实破裂过程分析软件RFPA，通过对湿度环境下松动圈形成过程的损伤弱化时空规律的研究，揭示高湿度环境下形成围岩松动圈现象的内在机理和探索围岩松动圈的控制原理。研究成果在锦屏二级水电隧道工程绿泥石片岩洞段开挖的分析中得到初步应用。

背景材料：真实破裂过程分析软件RFPA
真实破裂过程分析（Realistic Failure Process Analysis）〔简称：RFPA〕，RFPA软件是基于RFPA方法（即真实破裂过程分析方法）研发的一个能够模拟材料渐进破坏的数值试验工具。其计算方法基于有限元理论和统计损伤理论，该方法考虑了材料性质的非均性、缺陷分布的随机性，并把这种材料性质的统计分布假设结合到数值计算方法（有限元法）中，对满足给定强度准则的单元进行破坏处理，从而使得非均匀性材料破坏过程的数值模拟得以实现。因RFPA软件独特的计算分析方法，使其能解决岩土工程中多数模拟软件无法解决的问题。