地应力场回归分析方法探讨

7.5.3.1　地质模型的建立

根据设计部门的要求和以往的计算经验，结合该工程区的地形地貌特征，本次回归分析计算域包括部分上库、引水隧洞、高压岔管、地下厂房、尾水调压室、尾水隧洞和部分下库等电站建筑物，并使测量钻孔位于计算域的中部。

综合考虑地形地貌特点、岩层力学性能的差异性及结构组合特点、地质构造等影响因素，确定了计算范围：长×宽=2 500m×2 500m，底部高程为▽-1 000m。为方便建模，取大地坐标系中正北方向为轴x，正西方向为轴y，铅直向上方向为轴z，计算原点对应清远抽水蓄能电站工程地质图点（2 626 000，38 384 500，0）。计算区域共划分145 129个等参单元，26 984个节点，有限元网格见图7-16。根据地应力场的弹性假定，采用线弹性材料本构模型。应用国际标准通用有限元分析程序ANSYS进行子应力场的求解。

根据地质资料，在计算区域内主要岩性为花岗岩，主要构造面有f25、f26和f36，各岩性岩体力学参数见表7-11。

图7-16　三维有限元网格图

表7-11　岩体力学参数表

7.5.3.2　回归结果分析(www.xing528.com)

通过建立的三维有限元地质模型进行计算，采用多元线性回归计算方法，获得了整个引水隧洞纵剖面上的最大和最小主应力分布图，如图7-17。

图7-17　引水系统剖面主应力分布图

（a）最大主应力分布图 （b）最小主应力分布图

由图7-17可知：最大和最小主应力均随埋深增加而增大。地表附近，最大主应力方向基本平行于坡面，浅部岩体最大主应力受地形地貌影响比较明显；而在岩体内部深处，应力逐渐增大，受地形地貌影响越来越小。在地形变化较大或有断层等地质结构面附近处，应力等值线密度增加，应力变化剧烈。

回归分析结果表明，在地下厂房区最大水平主应力侧压系数（λ=σH／σz）大于1，并且随深度的增加有接近1的趋势，说明地下厂房区地应力场以构造应力场为主导，并随埋深的增加，向以自重应力场为主导过渡。在尾水调压井部位，高程56m以上侧压系数大于1，高程56m以下侧压系数小于1，说明在高程56m以上地应力场以地质构造应力场为主导，并随深度的增加向以自重应力场为主导转换。

作为例子，给出了地下厂房中心轴线部位最大和最小水平主应力及其方向随深度变化曲线，如图7-18所示。由以上结果可知，工程部位地应力量值不高，应力大小属于中等水平。最大和最小水平主应力量值均随深度的增加而略有增加，最大水平主应力的方位基本稳定在80°左右。

图7-18　厂房中心最大和最小水平主应力及其方向随深度变化关系