本文介绍了电站尾水隧洞中软弱岩脉的影响导致围岩稳定性等问题，需要计算评价其稳定性，采用有限元数值方法分别对岩脉分布在顶部、侧墙、及底部时对隧洞的影响进行了分析，并采用有限元强度折减法对开挖支护后隧洞安全按进行评价。

含水率对黏土及沙土导热系数的影响 段妍，普华，郑强 114 废旧轮胎条与格栅加筋土剪切性能对比研究.·李丽华，崔飞龙，肖衡林，等117 款弱岩脉对某电站隧洞影响的有限元计算分析..·. ··黄士奎，张权121 锦屏二级水电站闸坝地基渗控处理技术杨进患，部菁，衰超樊，等126 相对密实度对砂卵殊石料强度影响的试验研究…潘政，朱俊高，方智荣130

替流灌溉农业节水技术模式研究与应用.·.···吴旭春，周和平134 宁夏灌区渡槽工程安全评价·.·· 顾靖超，陆立国，王永平，等139 有涡和无涡流道迷宫灌水器水力性能比较· ·麻江峰，李治勤142 低压孔口式膜灌袋水力特性研究 温随群，王国辉，张泽中，等145 示第五版新闻记者证年度核验通过人员名单公示.3 时 面青海祁连河谷 黑河源区 董保华 拨 封 二 高含沙水流远距高管道输送技术试验研究 本刊讯 三 《人民黄河》征蒋征订启事 封 底共生一 “大禹杯”水利公益广告创意（作品）大赛获奖作品 ..卫华设计

潜流灌溉农业节水技术模式研究与应用.· 吴旭春，周和平 134 宁夏灌区渡槽工程安全评价... ·顾靖超，陆立国，王永平，等139 有涡和无涡流道迷宫灌水器水力性能比较· 麻江峰，李治勤1 142 低压孔口式膜灌袋水力特性研究· 温随群，王国辉，张泽中，等 14.5 公 时 面青海祁选河谷 黑河源区 董保华 摄 封 二 高含沙水流远距高管道输送技术试验研究 本刊讯 封 三 《人民黄河》征征订启事 封 底共生一 “大禹杯”水利公益广告创意（作品）大赛获奖作品 葛卫华设计

第38卷第2期 2016年2月

锻件标准Vol.38,No.2 Feb..2016

人民黄河 YELLOWRIVER

软弱岩脉对某电站隧洞影响的有限元计算分析

时某电站隧洞影响的有限

（国核电力规划设计研究院，北京100095）

计算方法及围岩安全判据

（1)隧洞计算的关键之一是开挖荷载的计算。根 据有限元理论，隧洞开挖边界的地应力释放荷载可通 过边界的应力条件通过数值积分得到[10)，ANSYS软 件提供了生死单元功能，从而使得开挖计算能够较方 便地实现。生死单元功能并不是在模型中重新生成新

的单元或将既有单元删除，而是当杀死单元时，将单元 的刚度系数乘以一个很小的数，从而使得该部分单元 如同空气单元一般，实现隧洞的开挖。采用此方法得 到的开挖释放荷载与有限元数值积分得到的释放荷载 是等价的。 （2）隧洞计算的关键之二是有限元强度折减法的 实现。有限元强度折减法11是通过折减岩土体材料 的强度参数来评价岩土体的安全储备，基于ANSYS软 件的APDL语言进行编程，能够实现计算过程中参数 的自动折减，从而实现强度折减法在ANSYS软件中的 自动实现。 （3）隧洞计算的关键之三是确定围岩安全判据。 有限元强度折减计算完成后，如何根据计算结果确定 安全系数？文献[12]对若干安全系数判据进行了研 究，包括有限元计算不收敛、塑性区贯通、特征点位移 突变等指标，其中特征点位移突变较为直观且具有 定的合理性.因而以该方法作为隧洞安全的判据。

有限元计算模型及计算参数

某电站尾水系统按两机一室一洞形式布置，隧洞 开挖断面尺寸较大（17.3m×18.7m），最大埋深达到 700m楼梯标准规范范本，地质条件复杂，尤其是隧洞段存在宽度（9m） 较大的岩脉，因而隧洞开挖后稳定性问题突出。有限 元计算中选取埋深约为500m的洞室段进行分析，岩

人民黄河2016年第2期开挖后的变形应力与无岩脉情况不同。从计算结果云图看，岩脉附近隧洞开挖后的位移及屈服情况发生明显变化。【）开挖后位移增量（单位：m）（a）开挖后位移增量（单位：m）（5）等效壁性应变图6岩脉在侧墙时尾水洞开挖后变形分布(5）量大主度力（举位：Pa）（s）开挖后位称增量（单位：m）（c）最小主度力（单拉：）(6）等效望性应变图7岩脉在底部时尾水洞开挖后变形分布从开挖位移看，当岩脉在顶拱时，尾水隧洞开挖后（d）等效塑性应变顶拱与岩脉交界位置开挖位移明显增大，最大值达7.2图4尾水洞开挖后的应力变形分布cm，较无岩脉时提高约25%，其他位置开挖位移与无岩脉时相比有变化，但变化幅度不大；当岩脉在侧墙时，隧洞开挖后岩脉对顶拱、侧墙以及底板的开挖位移均有影响，这些部位开挖位移明显增大，其中项拱处最大位移约为7.2cm，位置在顶拱偏向岩脉的一侧，而底板处最大位移达到5.9cm，位置在底板中部偏向岩脉（s）开挖后查荐增量（单位：m）一侧，侧墙位移也较无岩脉时明显增大；当岩脉在隧洞底部位置时，隧洞底板位置开挖位移明显增大，最大值达8.5cm，较无岩脉时增大约.75%，其他位置位移变化不大。从屈服破坏情况看，岩脉在顶拱时，岩脉与顶拱交界处出现局部较强烈的屈服破坏，而其他位置屈服情况与无岩脉时基本一致;岩脉在侧墙时，隧洞靠岩脉一（b）等数塑性应变侧的侧墙位置届服区深度增大且屈服程度明显增大；图5岩脉在顶拱时尾水洞开挖后变形分布123 ·

吉论： （1)岩脉对隧洞的开挖位移有影响，其中岩脉在 洪顶及底部时仅对岩脉与隧洞交界位置局部位移影响 明显，对其他区域开挖位移影响幅度较小；岩脉在侧墙 位置时，不仅侧墙开挖位移明显增大，而且顶拱及底板 靠近岩脉一侧开挖位移也明显增大。 （2)岩脉对隧洞开挖后的应力分布有影响，岩脉 位于拱顶时对开挖后应力分布影响不大，但岩脉局部 位置应力得到释放；岩脉位于侧墙时侧墙应力状态明 显改善，侧墙最大拉应力降低约50%；岩脉位于隧洞 底部时，开挖后底板拉应力大大降低，受拉区范围大大 减小。同时，岩脉位于侧墙及底板时顶拱的压应力均 有所增大。 （3)岩脉对隧洞稳定性有一定影响，其中岩脉位 于顶拱时顶拱的稳定性减弱，但整体安全系数仍较大： 岩脉位于侧墙时隧洞整体安全系数大大降低，为最不 利情况；岩脉位于底部时对隧洞整体稳定性影响不大。 （4)鉴于岩脉对隧洞的影响，施工开挖过程中须 对局部出现岩脉的位置加强支护。尤其当岩脉出现在 隧洞侧墙位置时，对隧洞稳定最为不利，除加强支护列 可考虑对岩脉进行注浆加固，以保证隧洞稳定性。

何四平刘琼芳.周绍红.小湾水电站施工总布暨J].云

11何四平.刘琼芳，周绍红.小湾水电站施工总布重

Finite Element Analysis of Influence on Tunnel

人民黄河2016年第2期

HUANG Shikui, ZHANG Quan

化工标准r Elestric Power Planning Design & Research Institute, Ben