4 计算模型

    　根据厂房系统的结构和厂区地质资料，建立空间几何模型。模型包括主厂房洞室、主变室、尾闸室、母线洞、尾水洞、交通洞以及四条主要断层构造带。

   　 计算范围：上下游方向取厂房上游边墙到尾闸室下游边墙距离的5倍以上，铅直方向取厂房高度的6倍以上，沿厂房轴线方向取厂房长度的4倍左右。X轴表示上、下游方向，指向下游为正，Y轴表示铅直方向，向上为正，Z轴表示厂房轴线方向，满足右手螺旋法则。

   　 开挖部分的有限元网格如图1所示，四条主要断层f31、f32、f33和f34如图2所示。

 
图1  开挖部分的有限元网格图
 
图2  厂区内四条主要断层示意图

    5 边界条件及载荷

    　厂房系统埋深约300m，由于计算区域顶部未取到山顶，因此将未取的山体重力荷载施加于模型顶部，在计算区域的底部施加Y方向约束。根据初始地应力资料，分别在X和Z两个方向施加侧向压力，两个方向的侧压力系数为0.7、1.0。厂房系统未开挖时，整个结构处于初始地应力场中，承受自重荷载及横向构造地应力。

    　根据厂房系统的施工设计方案，主厂房洞室分7层开挖，主变室分3层开挖，尾闸室分6层开挖。三维弹塑性计算模拟9个开挖载荷步：

    第一步：形成厂房周围的初始地应力场

    第二步：交通洞和尾水洞开挖

    第三步：主厂房第1层与主变室第1层同时开挖

    第四步：主厂房第2层、主变室第2层和尾闸室第1层开挖

    第五步：主厂房第3层、主变室第3层和尾闸室第2层开挖

    第六步：主厂房第4层、母线洞和尾闸室第3层开挖

    第七步：主厂房第5层、尾闸室第4层开挖

    第八步：主厂房第6层、尾闸室第5层开挖

    第九步：主厂房第7层、尾闸室第6层开挖

    各载荷步的开挖高程如图3所示。

 
图3  载荷步示意图