两河口水电站初期导流洞竖井闸室施工开挖过程数值分析研究：TV文献标识码：A1引言两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为雅砻江中、下游的“龙头”水库，坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2km河段。电站控制流域面积约6.57万km2，坝址处多年平均流量666m3/s，水库正常蓄水位2865.00m，相应库容107.67亿m3，调节库容65.6亿m3，具有多年调节能力。枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下厂房等建筑物组成。砾石土心墙堆石坝最大坝高295m，电站装机容量300万kW，多年平均发电量110.00亿kWh•，开发任务以发电为主，兼顾防洪。工程施工采用断流围堰、隧洞泄流、大坝基坑全年施工的导流方式，在右岸布置2条初期导流洞：1#、2#导流洞，平面上呈双弯道，下游弯道及其后直段与电站尾水洞结合，导流洞断面尺寸：12×14m（宽×高）。2条初期导流洞进口闸室均采用竖井式，闸室尺寸为：16.5m×26.4m×60.5m（长×宽×高），闸室顶设交通洞，交通洞断面尺寸：14.5×9m（宽×高）。1＃、2＃导流洞竖井闸室并排排列，1＃导流洞上覆岩体最大厚度约240m，最大水平埋深约290m，竖井闸室段上覆岩体厚度约120m。2＃导流洞上覆岩体最大厚度约300m，最大水平埋深约350m，竖井闸室段上覆岩体厚度约165m。沿线出露地层岩性为两河口组中下段T3lh1（2）～T3lh2（5）变质砂岩、板岩，沿线软弱结构面、断层、层内层间挤压错动带发育，坝区总体储水不丰，水力联系差，基岩裂隙水局部具承压性。本文采用ABAQUS软件，通过对两河口水电站初期导流洞竖井闸室的施工开挖支护过程进行非线性有限元模拟，重点研究竖井分步开挖过程中的围岩塑性区发展状况、变形情况及支护结构的应力分析，对竖井周围岩稳定性进行分析评价并提出施工开挖支护的安全建议。2计算模型建立2.1计算理论（1）初始地应力场的反演竖井开挖之前，岩体处于静止平衡状态，开挖后由于井周卸荷，破坏了平衡，井周岩体进行应力重分布。开挖前的初始应力场，根据地应力测点计算结果分析比较了实测点的铅直向应力分布与自重应力场之间的关系，经综合分析后采用以下地应力场作为初始地应力场进行施工开挖期的围岩稳定分析计算：①铅直向应力：；②顺水流向（主洞的水流向方向）：；③垂直于水流向应力：。（2）施工开挖的机理及模拟施工开挖的模拟主要包括开挖单元应力释放并转化为等效节点荷载以及作用于结构自身的问题。对于已知的初始地应力，在结构的有限元计算方法中，开挖荷载可按下式进行计算：，式中：[B]为几何矩阵；为单元的初始应力。将形成的开挖荷载施加在开挖边界上，在初始应力场的条件下求出整个结构相应的扰动应力场，所得位移为开挖后开挖周边及围岩的位移。使用ABAQUS程序事先对所计算的结构进行网格剖分，进而计算得到整体结构的刚度矩阵。模拟分析竖井的施工开挖时，程序采用“死活”单元的形式，以“死”单元来模拟开挖单元（这里的“死”单元是把要开挖掉的单元物理参数值取得很小，使其对整体刚度的贡献可以忽略）。（3）喷锚支护的模拟本文对锚杆支护作用的数值模拟方法采用等效连续法（加锚岩体均质等效），不具体模拟每根锚杆，而是将加锚后得到改善的岩体力学参数反映到计算模型中去。具体采用杆单元模拟支护锚杆，通过设定单元的截面面积和材料参数，模拟锚杆直径的变化以及其应力应变关系。计算结果中，通过杆单元的应力状态来反映锚杆的作用（压应力为负值，拉应力为正值）。（4）弹塑性计算本文在弹塑性计算过程中，围岩采用子午线性状为线性的扩展的Drucker－Prager准则，采用理想弹塑性本构关系和相关联的流动法则；锚杆采用Mises屈服准则。①扩展的Drucker－Prager准则其屈服函数为：，其中：为摩擦角；为材料参数，；；；凝聚力与输入的硬化参数有关（使用单轴受压屈服应力定义硬化时：，使用单轴受拉屈服应力定义硬化时：）。②Mises屈服准则也称第四强度准则可用下式表示：，式中：为Mises等效应力，为单轴受时的屈服强度（应力），表示在复杂应力状态下，当等效应力达到单轴受力的屈服应力时，材料即屈服。2.2计算模型两个初期导流洞竖井闸室并列布置，结构尺...