（一）厂区地质条件

厂区围岩为层状岩体，呈单斜构造，倾向河床下游。从上游至下游厂区围岩依次为下二叠统栖霞组（P1q）厚—中厚层灰岩夹页状滑石化灰岩，下二叠统茅口组（P1m）巨厚—厚层灰岩，上二叠统吴家坪组（P2w）薄—中层状砖坯质白云质灰岩、页岩、石煤层等。岩层产状60°～65°/SE∠30°～40°。

厂区断层主要有F17、F14、F15、F16、F18、F36、F37等，大多数为近似垂直于河床走向的小规模断层，断层破碎带宽一般为0.1～0.5m，最大延伸长度小于230m。主要层间错动有10条，均为页状滑石化灰岩鳞片、方解石脉及灰岩碎屑，连续性好。岩体主要节理有4组，多数节理短小闭合，充填钙华、方解石脉及少量泥膜。

厂区各建筑物围岩除断层及层间错动外，岩体较完整，新鲜坚硬，岩石饱和抗压强度50～90MPa，弹模为18～23GPa，主要为Ⅱ～Ⅲ类围岩。

根据水压致裂法测试和对地质勘探平洞收敛变形的反演分析，厂区地应力场以地质构造应力为主，属中等地应力区，水平构造应力大于垂直应力。最大水平主应力约12MPa，其方向为N10°～20°W，与三大主洞室轴线夹角55°～60°。

（二）洞室围岩稳定分析

1.洞室轴线与地应力

洞群轴线为104.88°，与层面夹角40°～45°，与主要结构面F15、F16、F17、F14夹角10°左右，与水压致裂测得的最大水平主应力方向夹角55°～60°，对边墙稳定不利，易促成洞群间围岩的屈服。

2.渗水和围岩稳定

为了维系洞室围岩整体稳定，改善厂区水文地质条件，采取4层排水廊道及相应排水幕拦截地下洞群渗水，加强了引水管与大坝帷幕接头处帷幕处理；在2号排水洞近河岸增设了帷幕；对6号冲沟采取护底、堵漏、截流措施；从总体上看厂区防渗排水效果是好的。但厂区顶部尚未形成完整排水幕，运行后主厂房主变洞顶部和侧墙均有不同程度渗水，随后在3号排水洞内向上打了1排排水孔，拦截来水，已取得效果，基本解决了渗水问题。(www.daowen.com)

鉴于厂区总体层面倾角较缓（30°～40°），其间夹有较多层间错动带，该层间错动带宽度较大，性状较差，遇水后膨胀，再加上顶拱角度较坦（70°），长期渗水可带来锚杆锈蚀，并可改变岩体及层间错动带性状，会对围岩稳定产生一定影响。

3.有限元计算与模型试验

在充分的地质勘探和岩体力学试验基础上，对地下洞室群围岩稳定进行了二维有限元计算，尾调室结构模型试验，原型观测反演分析计算，以及块体稳定分析和岩锚吊车梁有限元计算。

各种分析计算方法均不同程度地考虑了主要洞室的形状和大小、围岩的初始应力场、围岩的力学参数、岩体变形的非线性及岩体力学性质的各向异性，以及主要的断层、节理和层间错动面及其力学参数，同时还考虑了洞室开挖过程的影响。有限元计算与模型试验的主要结果为：

1）三大主洞室以相同的开挖进度进行开挖为最优施工方案。

2）三大主洞室开挖形成顶拱时，顶拱切向应力显著增加，径向应力急剧释放。随着开挖高程的下降，水平荷载作用不断增强，使顶拱切向应力持续增加，位移由沉降变为上抬，而侧墙应力不断释放，水平位移持续增加。

3）洞室群开挖完成后，洞周应力、位移分布状况：①三大洞室顶拱及底板为切向应力集中区，最大切向应力发生在主厂房顶拱，为29.8MPa，侧墙径向应力明显释放，主变洞及尾调室之间岩柱为卸载区，出现较小拉应力。②洞周侧墙普遍产生收敛位移，主厂房上游侧中部为23.2mm，尾调室下游墙中部为30mm，最大值发生在尾调室下游边墙中部，为34mm；顶拱产生上抬位移，最大值发生在主厂房拱冠，为5.9mm，围岩深度1.5倍洞宽或1.5倍顶拱半径处应力值趋于初始值，位移值一般趋于零。

4）随着模拟地应力侧压系数取值的增加，围岩应力和位移分布状况向不利于围岩稳定方向转化，应力集中逐渐明显，侧墙部位逐渐出现较大的塑性变形区。