地下厂房洞室块体识别与稳定分析

方金政，肖 明

(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉470072)

0 引 言

岩体作为一种复杂的物理介质，赋存其中的各种结构面切割岩体形成形态各异的空间结构体集合——块体。以往的研究及工程实践认为，地下工程开挖后，围岩的3种典型破坏模式之一即为局部块体失稳[1]。因此，研究块体稳定性对水电站地下工程控制块体失稳问题有重要意义。随着科学技术的进步，水电站地下洞室群厂房规模越来越大，面临的地质问题也更复杂。块体理论是由R. E. Goodman和G. H. Shi(1985年)最早提出的针对块体稳定问题的系统性方法[2]，其后基于关键块体理论开发的软件如Unwedge等在地下工程中有广泛应用[3]。孙增兵[4]基于Unwedge软件结合概率分析方法研究了地下洞室随机块体稳定性；张玉敏等[5]则通过Unwedge软件评定随机块体的稳定性并优化支护设计。

不同于基于拓扑理论的传统块体识别方法，本文在关键块体理论的基础上，引入单元重构与聚合方法[6]，实现基于有限元网格的地下洞室关键块体搜索与定位，并计算相应块体的安全系数，借助有限元网格能够更准确而方便地模拟地下洞室复杂开挖面，使得块体识别的精度更高，安全评价计算结果更准确，指导地下工程安全施工。

1 基于有限元网格的块体识别方法

1.1 含结构面建模方法

构建含复杂结构面的计算模型是关键块体识别的关键步骤。单元重构与聚合方法是一种基于有限元网格的改进结构面建模方法，该方法适应于任意数量结构面的识别。……