[发明专利]柱状节理玄武岩硐室围岩各向异性相对松弛度评判方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柱状节理玄武岩硐室围岩各向异性相对松弛程度的波速定量评判方法，主要适用于水工各向异性围岩硐室工程领域。

背景技术

我国西南水电开发区域广泛分布柱状节理玄武岩体，如我国巨型水电站白鹤滩、溪洛渡及二滩水电站等均有涉及，特别是在建的金沙江白鹤滩水电站，柱状节理玄武岩已成为该水电工程主要的水工隧洞围岩及大坝的建基岩体之一。在工程中，对于此类各向异性显著的岩体如假定为各向同性进行研究，势必造成较大误差，因此应结合柱状节理玄武岩原位测试成果依据各向异性理论进行硐室围岩分析和设计。

根据白鹤滩水电站坝址区柱状节理玄武岩硐室的中心孔及承压板原位载荷测试，表现出显著的各向异性，具体为硐室左右边墙水平方向变形模量值大于硐室顶底板铅直方向变形模量，这主要是由复杂的硐室围岩构造地应力场和不均匀密集分布的柱状节理及微裂隙造成。判定硐室围岩分类及松弛时常采用波速物探方法，对于各向同性及近似各向同性岩体由于围岩四周介质均匀且性质一致，可采用不同方向围岩波速小于或等于某一定值进行判断松弛，但对于破碎的各向异性柱状节理玄武围岩则显出不足。

柱状节理玄武岩由于节理影响，本身存在各向异性，开挖扰动后，临空面卸荷会发生围岩松弛，其硐室围岩开挖后，上下底板和左右边墙松弛厚度不等，亦具有各向异性，以波速进行评判时往往存在以下误区：

首先，未扰动的柱状节理玄武岩本身属于破碎岩体，开挖卸荷后节理面张开滑移，加剧了破碎程度，以波速进行评判围岩松弛时，不应在不同方向均以同一波速大小为标准(如以玄武岩块波速大小为标准)，这就忽视了原始破碎程度的影响，也未能考虑原始围岩各向异性的影响，无法体现出爆破开挖后围岩较原始围岩的松弛程度，即无法得出开挖后围岩与原始围岩相比的松弛区域，只能得出开挖后围岩与完整玄武岩块相比的松弛区域。

其次，也不能以波速绝对值来评判，假定波速测试钻孔5m深度范围内，硐室顶底板岩体未扰动前破碎程度就高，平均波速低(假定初始值5000m/s)，硐室开挖后如果顶底板保护措施较好，对其扰动较低，松弛程度不大，但如以绝对值来评判，其波速依然很小(假定开挖后为4500m/s)，会得出硐室顶底板受开挖影响大，且松弛区厚度大的结论(实际波速相比原始围岩只降低了10％)。同理，如果硐室左右边墙受爆破开挖影响大，但波速初始值就高(假定初始值6500m/s)，虽然开挖后波速绝对值仍较大(假定开挖后5000m/s)，会得出左右边墙松弛程度不大的结论(相比原始围岩实际波速值降低了23.1％)。与原始围岩相比，由于左右边墙波速降低幅度较顶板和底板更大，导致围岩物理力学特性较原始围岩劣化程度更大，故左右边墙松弛程度较顶板和底板大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种柱状节理玄武岩硐室围岩各向异性相对松弛度评判方法，以便快速准确的判断出围岩各向异性相对松弛厚度。

本发明所采用的技术方案是：柱状节理玄武岩硐室围岩各向异性相对松弛度评判方法，其特征在于，步骤如下：

S1、在硐室的某断面处，顶板、底板和两侧边墙上均钻设一组波速测试钻孔，各组波速测试钻孔均匀分布，且伸入原始未扰动岩体的深度不小于2m；

S2、采用跨孔法分别对各组波速测试钻孔进行波速测试，以距离波速测试钻孔底部2m范围内的测试波速统计值为原始未扰动柱状节理玄武岩波速V_po，波速测试钻孔其余范围内按照不同深度统计其实测波速；

S3、利用公式K_vb＝(V_pm/V_po)²＝0.75～0.45分别求得顶板、底板和两侧边墙的松弛扰动区波速V_pm，然后以该松弛扰动区波速V_pm与步骤S2所得对应方向的实测波速进行匹配，从而得到柱状节理玄武岩硐室围岩各向异性相对松弛厚度。

每组波速测试钻孔均由2个或3个均匀布置的钻孔组成。