磨子水电站三维地应力测量及应力场模拟分析

作     者：邵祎迪 

作者单位：中国地质大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：郑秀华;孙东生

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：气垫调压室 水压致裂 三维地应力 数值模拟 

摘      要：西部大开发战略的大规模实施使得西南地区大量蕴藏的水电资源得以运用。为了充分利用当地的高水头、小流量水资源,高压引水隧洞及气垫调压室技术引入国内。在引水隧洞等相关地下硐室开挖过程中,高地应力会引起脆性岩体的岩爆和软岩地区的硐室大变形等严重危害施工人员生命安全和工程质量的问题。而高压硐室内部围岩裂隙的透水率同样会影响施工质量和后期水电站维护成本。因此,进行气垫调压室围岩的三维地应力测量和高压压水试验是水电工程设计施工中的重要环节。本文依托四川省丹巴县磨子水电站建设工程,利用单回路双栓塞设备对引水隧洞中气垫调压室进行了现场三维水压致裂法地应力测量以及最高5MPa的高压压水试验,并根据实测数据以及水电站工区的工程地质以及构造地质条件进行了区域地应力场模拟研究,得出认识如下:（1）测量了气垫调压室所处地质条件下地应力状态,测试结果表明:测点硐室围岩的最大主应力约为15.3MPa,方向约为NE56°,倾角约66°,近垂直;最小主应力值为6.3MPa,方向约为SW75°,倾角约33°近水平,属正断层应力环境;（2）对气垫调压室内部节理发育部位进行了高压压水试验,证实了气垫调压室的开挖产生厚度为5-8m的应力卸荷圈。试验过程中,最大透水率为1.27Lu,最小透水率为0;在最高5MPa的压力下,透水率最大为0.98Lu,最小为0.39Lu。显示气垫调压室范围内密封性较好;（3）根据水电站工区内的工程地质条件以及区域地质构造,应用ANSYS有限元软件进行了三维地应力场模拟,建立了三维地质模型,计算了测点的最大主应力的大小和方向。结果显示接近于实测数据;（4）气垫调压室内设计最大压力为4.0MPa,实测最小主应力为6.3MPa,根据最小主应力准则,硐室内部最小主应力大于设计最大压力,运行稳定,故不需要进行衬砌,并以此为依据为日后的水电站施工建设提供一定的参考依据,填补了工区地应力测量的空白。