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user: 5. 模拟结果分析 5.1. 位移变化结果分析 主泵室和出水阀室各个关键点的最终位移具体计算位移值如表2所示。 Table 2 The final displacement values of key points in the main pump room and outlet valve room (unit: mm 关键点 开挖方案1 开挖方案2 开挖方案3 水平位移 竖直位移 水平位移 竖直位移 水平位移 竖直位移 主泵房 ZB01 −0.589 −1.733 −0.576 −1.694 −0.351 −1.627 ZB02 −5.360 −1.81 −5.343 −1.730 −5.244 −1.606 ZB03 4.088 0.127 4.079 0.115 4.437 0.122 ZB04 −6.506 −1.479 −6.475 −1.414 −6.439 −1.247 ZB05 5.682 0.926 5.657 0.897 6.066 0.892 ZB06 −6.973 −1.464 −6.915 −1.420 −6.934 −1.233 ZB07 6.489 1.109 6.455 1.075 6.895 1.054 ZB08 −7.457 −1.441 −7.325 −1.422 −7.378 −1.215 ZB09 7.042 1.280 7.007 1.242 7.457 1.220 ZB10 −8.267 −1.042 −7.926 −1.178 −8.206 −0.988 ZB11 8.275 0.918 8.237 0.875 8.727 0.767 ZB12 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 ZB13 7.546 0.948 7.470 0.907 7.947 0.707 ZB14 −1.533 1.485 −1.581 1.397 −2.140 1.313 ZB15 5.783 1.334 5.683 1.316 6.042 0.990 出水 阀室 CS01 −4.422 −1.325 −4.430 −1.230 −4.450 −1.280 CS02 −5.098 −1.366 −5.125 −1.275 −5.041 −1.197 CS03 −3.458 −0.173 −3.499 −0.094 −3.724 −0.231 CS04 −5.703 −1.101 −5.762 −1.013 −5.689 −0.838 CS05 −0.671 1.218 −1.047 1.323 −1.644 1.169 CS06 −2.237 0.446 −2.304 0.520 −2.556 0.716 CS07 −0.899 1.704 −0.978 1.781 −1.460 1.827 表2. 三种开挖方案主泵室、出水阀室关键点最终位移值(单位：mm) 各方案开挖后的总位移云图如图4~6所示。 从图7各关键位置的最终位移可以看出，三个开挖方案总体规律一致。主泵室水平位移最大值均出现在边墙ZB10和ZB11处，垂直位移最大处均在拱顶及拱脚部位，但开挖方案二小于开挖方案一、三。 出水阀室水平位移最大值均出现在下游边墙CS04处，垂直位移最大值均出现在上游拱脚CS07处， 总体来说方案二扰动最小。 如上述，方案二优于方案一、三。 图4. 开挖方案一总位移云图 图5. 开挖方案二总位移云图 图6. 开挖方案三总位移云图 图7. 主泵室和出水阀室关键点最终位移变化曲线 5.2. 应力变化结果分析 主泵室和出水阀室各个关键点具体计算最大、最小主应力值如表3~4所示。 Table 3 Stress change table of key points around the main pump room of each staged excavation plan (unit: MPa 主泵室 第二步 第四步 第六步 第八步 位置 关键点 方向 方案1 方案2 方案3 方案1 方案2 方案3 方案1 方案2 方案3 方案3 拱项 ZB01 σ1 −13.69 −13.17 −13.17 −19.31 −19.25 −19.17 −21.95 −21.95 −21.83 −22.31 σ3 −0.798 −0.805 −0.805 −1.172 −1.193 −1.208 −1.353 −1.357 −1.374 −1.387 上游 边墙 ZB03 σ1 −18.25 −17.89 −17.89 −20.27 −20.08 −19.85 −21.32 −21.48 −20.91 −21.43 σ3 −1.337 −2.834 −2.834 −1.159 −2.604 −2.605 −1.102 −2.577 −2.550 −2.541 ZB05 σ1 −12.45 −12.20 −12.20 −12.07 −11.65 −11.50 −12.34 −12.15 −11.76 −12.004 σ3 −1.502 −0.948 −0.948 −0.913 −0.428 −0.419 −0.872 −0.426 −0.389 −0.384 上游 边墙 ZB07 σ1 −7.235 −7.468 −7.468 −3.120 −3.012 −3.013 −3.022 −2.996 −2.982 −2.950 σ3 0.009 −0.092 −0.092 −0.099 0.130 0.112 0.057 0.059 0.019 0.088 ZB09 σ1 −7.725 −8.082 −8.082 −3.123 −3.075 −3.042 −3.019 −3.016 −2.968 −2.952 σ3 −0.033 −0.122 −0.122 −0.260 −0.319 −0.182 −0.191 −0.245 −0.189 −0.168 ZB11 σ1 −8.705 −9.061 −9.061 −4.118 −4.056 −4.036 −3.017 −3.043 −3.007 −2.946 σ3 −4.943 −5.001 −5.001 −0.618 −0.662 −0.683 0.008 0.013 0.004 0.045 ZB13 σ1 −9.221 −9.433 −9.433 −12.90 −13.47 −13.63 0.244 0.240 0.270 0.234 σ3 −5.508 −5.481 −5.481 −5.021 −5.149 −5.149 0.593 0.579 0.564 0.468 ZB15 σ1 −12.72 −13.11 −13.11 −14.42 −15.06 −15.20 −5.572 −5.460 −5.180 −4.926 σ3 −3.509 −3.531 −3.531 −3.898 −3.985 −3.972 0.170 0.011 0.170 0.005 下游 边墙 ZB02 σ1 −13.69 −14.95 −14.95 −13.04 −14.04 −14.54 −14.21 −13.61 −14.99 −14.30 σ3 −2.163 −0.617 −0.617 −1.557 −0.115 −0.195 −1.660 0.086 −0.189 −0.067 ZB04 σ1 −11.23 −12.04 −12.04 −6.833 −7.974 −8.308 −7.174 −7.056 −8.089 −7.555 σ3 −1.941 −2.553 −2.553 −1.185 −1.677 −1.693 −1.154 −1.566 −1.631 −1.627 ZB06 σ1 −10.25 −9.504 −9.504 −2.845 −2.905 −2.924 −2.820 −2.789 −2.849 −2.823 σ3 −0.166 0.010 0.010 0.093 0.119 0.080 0.111 0.146 0.150 0.127 ZB08 σ1 −13.02 −11.80 −11.80 −3.016 −2.915 −2.908 −3.054 −2.854 −2.893 −2.828 σ3 −0.125 −0.049 −0.049 −0.001 −0.002 −0.002 −0.186 −0.056 −0.106 0.045 ZB10 σ1 −10.97 −10.67 −10.67 −0.214 −0.816 −0.825 0.229 0.237 0.183 −0.311 σ3 −4.481 −5.042 −5.042 0.494 0.370 0.373 0.419 0.338 0.317 0.274 ZB12 σ1 −7.421 −6.223 −6.223 −8.623 −8.378 −8.243 −19.63 −21.09 −18.76 −20.06 σ3 −3.033 −3.320 −3.320 −2.537 −2.459 −2.381 −0.788 −0.659 −0.670 −0.890 ZB14 σ1 −8.591 −9.503 −9.503 −11.42 −12.36 −12.71 −29.20 −29.59 −31.01 −29.45 σ3 −6.486 −5.829 −5.829 −5.476 −5.246 −5.094 −4.430 −4.764 −4.641 −4.482 表3. 各分期开挖方案主泵室周边关键点应力变化表(单位：MPa) Table 4 Stress change table of key points around the outlet valve chamber of each staged excavation plan (unit: MPa 出水阀室 第二步 第四步 第六步 第八步 位置 关键点 方向 方案1 方案2 方案3 方案1 方案2 方案3 方案1 方案2 方案3 方案3 拱项 CS01 σ1 −22.85 −8.820 −8.820 −17.67 −12.02 −8.146 −13.18 −13.33 −7.517 −12.20 σ3 −6.171 −6.038 −6.038 −5.309 −4.125 −5.252 −4.503 −4.589 −4.590 −4.520 上游 边墙 CS03 σ1 −18.31 −8.932 −8.932 −23.88 −19.14 −8.574 −24.21 −23.14 −7.996 −21.66 σ3 −3.397 −6.194 −6.194 −2.682 −3.101 −4.630 −2.580 −3.198 −3.660 −3.452 CS05 σ1 −4.074 −9.092 −9.092 −4.490 −8.012 −9.194 −5.979 −6.314 −8.436 −6.678 σ3 −0.111 −6.632 −6.632 −0.162 −3.406 −5.747 −0.310 −0.226 −4.557 −0.092 CS07 σ1 −17.09 −9.761 −9.761 −13.80 −10.64 −10.66 −10.33 −10.18 −10.75 −9.726 σ3 −0.606 −6.436 −6.436 0.057 −5.107 −5.840 −0.266 −0.359 −5.067 −0.610 下游 边墙 CS02 σ1 −10.97 −8.923 −8.923 −8.631 −9.077 −8.599 −8.603 −8.655 −8.236 −9.389 σ3 −2.643 −6.193 −6.193 −2.273 −2.535 −5.348 −2.151 −2.170 −4.827 −2.205 CS04 σ1 −3.590 −9.641 −9.641 −3.788 −14.74 −9.939 −4.344 −4.300 −9.788 −4.661 σ3 −0.358 −6.261 −6.261 −0.394 −6.427 −5.441 −0.459 −0.489 −4.760 −0.420 CS06 σ1 −25.64 −9.175 −9.175 −28.47 −10.54 −9.385 −28.74 −28.57 −9.053 −27.04 σ3 −3.383 −6.736 −6.736 −3.905 −5.673 −6.224 −4.185 −4.200 −5.736 −4.175 表4. 各分期开挖方案出水阀室周边关键点应力表变化(单位：MPa) 说明：表中应力拉为‘+’，压为‘−’。 三种方案开挖后的应力云图如图8~10所示。 图8. 主方案一开挖后σ 1 、σ 3 云图 图9. 主方案二开挖后σ 1 、σ 3 云图 图10. 主方案三开挖后σ 1 、σ 3 云图 图11. 主泵室与出水阀室σ 1 、σ 3 最终值变化曲线 由图11可以看出，主应力基本上都为压应力。三种开挖方案，主泵室围岩应力分布规律基本一致，数值接近，下游中部受断层破碎带的影响而出现较大的应力集中；主泵室应力最大点为拱脚ZB14，σ 1 均在−29.5 MPa左右，σ 3 均在−4.5 MPa左右；其次σ 1 较大的是拱顶ZB01、边墙ZB03与ZB12，均在−22 MPa左右；边墙ZB10与ZB13出现较小的拉应力。 三种开挖方式，出水阀室最终应力分布基本一致，数值相差不大；σ 1 较大的是拱脚CS06和上游边墙CS03，分别达到大约−28 MPa和−23 MPa。 5.3. 塑性区变化结果分析 三种开挖方案洞室围岩塑性区范围如图12~14。 图12. 开挖方案一围岩塑性区范围 图13. 开挖方案二围岩塑性区范围 图14. 开挖方案三围岩塑性区范围 由图12~14可以看出，洞室周围塑性区主要集中在边墙部位，主要为拉伸破坏，开挖方案一主泵室与出水阀室塑性区连通较多，开挖方案二、三塑性区连通较少。 Table 5 The volume change table of the plastic zone around the cavern of each step-by-step plan (unit: m3 分步开挖 方案一 方案二 方案三 主泵室 出水阀室 总计 主泵室 出水阀室 总计 主泵室 出水阀室 总计 1 1007.54 374.96 947.02 947.02 2 665.05 744.13 662.13 662.13 3 1431.98 762.62 1363.01 1363.01 4 3141.68 923.34 2743.68 321.61 2674.98 5 3889.01 1097.60 3766.12 807.56 3358.84 6 4018.67 1097.61 5116.28 3853.48 809.73 4663.21 3473.48 7 3684.34 352.09 8 3949.50 668.64 4618.14 表5. 各分步开挖方案洞室周边塑性区体积变化表(单位：m 3 ) 由表5中的分步开挖过程中的塑性区变化可以看出，在无支护条件下三种开挖顺序中，方案一的主泵室塑性区体积、出水阀室塑性区体积和塑性区总体积都较大，方案二、方案三的各项塑性区体积较小，对周围围岩的扰动较小。 Table 6 Comparison of the depth of plastic zone in the main pump room of the three excavation schemes (unit: m 主泵室 开挖方案1 开挖方案2 开挖方案3 上游边墙 下游边墙 上游边墙 下游边墙 上游边墙 下游边墙 塑性区深度 5.6 11.7 5.2 7.5 5.1 6.6 表6. 三种开挖方案主泵室塑性区深度比较(单位：m) 由表6各种支护方式主泵室塑性区深度比较可看出，开挖方案一塑性区深度最大，方案二、三较小。 综上所述，开挖方案一塑性区范围较大，对洞室围岩扰动较大，方案二、三塑性区范围较小，扰动较小。 5.4. 小结 三种开挖方案围岩稳定总体规律是一致的，方案二和方案三差别不大且围岩相对方案一较为稳定，但开挖方案二较方案三稍好些，理由如下： 1) 方案二、方案三洞周位移相对方案一小； 2) 方案一、方案二、方案三洞周应力分布和变化差别不大； 3) 方案二、方案三洞周塑性区范围相对方案一小； 4) 方案一、方案二分6步进行，方案三分8步进行，方案一、二步数较少，节省工时。