2004-11-1615:45:35　　　北京勘测设计研究院　齐俊修　　来源：中国水利水电建设集团公司

　　1．概述抽水蓄能电站地下厂房围岩监测、稳定预测及加固技术是原电力部科学技术司、中电联科技工作部联合下达的科技攻关项目。课题要求紧密结合十三陵抽水蓄能电站地下厂房施工和围岩监测的实际，开展以下4个子课题的研究：
　　(1)抽水蓄能电站地下厂房围岩监测原理和方法研究；

　　(2)原位监测数据采集、资料分析和处理软件包研究；

　　(3)地下厂房施工期和运行期围岩稳定性预测软件系统研究；

　　(4)地下厂房围岩加固效果及反馈分析研究。

　　本课题分别获1999年度水电水利规划设计总院、国家电力公司科技进步一等奖和二等奖。

　　2．主要研究成果本课题结合十三陵抽水蓄能电站地下厂房的施工，对地下工程围岩监测、稳定分析及加固技术进行了系统地研究；研究中将岩石力学数值计算、地下工程原型观测和反馈理论有机地结合起来。研究成果主要包括以下内容：

　　(1)抽水蓄能电站地下厂房围岩监测原理和方法研究。本课题全面系统地对监测项目确定、仪器选型、埋设技术和观测方法，仪器布置设计，测量结果预估，方案优化进行了研究，提出监测项目的确定以围岩稳定监测项目为主等5条原则，仪器选型从防潮、抗震及长期稳定性考虑，应优先选用振弦式类型仪器，且同一工程仪器类型应尽量单一等6条原则；埋设技术和观测方法等8条原则；观测布置设计既要遵循工程类比与有限元等数值分析结果相结合，又要坚持和工程结构、支护形式紧密结合等8条原则；测量结果预估，应综合考虑工程类比与有限元等数值分析结果；方案优化坚持动态原则，并应做好4个方面的优化工作。

　　(2)原型观测数值处理与分析研究。用C语言编写了地下工程围岩监测数据处理系统(MDPS)软件，该软件可对数据进行拟合和插值处理，可根据需要人工改变坐标值，提供了时间对数曲线绘图程序，具备围岩稳定判别功能，针对收敛观测等特点，可计算绝对位移和应力，具备综合分析观测断面的能力，具备数据存储和查询功能。

　　(3)三维非线性有限元计算理论及程序。包括了多种本构关系的材料库，具有多种型式的单元库，具有施工过程的模拟功能，建立稳定性判别及广角度的判别准则，建立了分区混合变分原理和分区混合元法对非线性计算过程迭代技术的改进，以及较强的前后处理功能。此外，还对非线性弹塑性材料屈服后的硬化和软化的分析，用干扰能量法进行工程稳定性分析。

　　(4)地下厂房反馈理论的深入研究及地下厂房施工和运行期围岩稳定性预测软件系统。以反馈设计原理作为指导思想，以三维弹塑性有限元计算分析和三维位移反分析为基础，进行地下洞室围岩的应力应变分析，模拟开挖和加固施工步骤，及时提供反馈信息，不断检验和调整原有开挖和加固方案，在分析过程中，分阶段逐次位移反分析法，优化推求初始应力场和力学参数，优化开挖顺序和加固方案。三维位移反分析综合应用了逆反分析法和正反分析法，三维弹性、弹塑性有限元计算程序，其模型建立充分反映了反馈分析的效率及操作上简捷方便，程序的数据和功能以关键词为引导，使数据填写方便清晰，后处理图像全部自动化。此外，运用了动态方法做施工顺序优化分析是一种创新。

　　总之，本课题从理论计算，原型观测布置设计，仪器选型、观测数据处理，围岩稳定性分析及反馈分析出发，首次进行了系统的综合研究，开发了内容丰富、可视化程度高的观测数据处理软件，并建立了具多种本构关系的材料单元库，数值计算判别准则和模拟施工过程的计算模型、综合三维非线性有限元正分析和反分析的围岩稳定性预测软件系统。本研究课题所涉及研究方法和手段体现了国内外同类技术的发展水平。

　　3．实施效果由于本课题紧密结合十三陵抽水蓄能电站地下厂房的施工，并及时提供监测成果，指导施工，对保证施工工期围岩稳定，提高社会经济效益，确保“9511”及时发电起到了重要作用。

　　只要根据具体工程，将几何边界、地质条件和力学参数作些变动，本课题所有软件均可直接应用于实际工程。本课题所提出的围岩监测设计和方法所遵循的基本原则，对其它同类工程均有参考价值。