[发明专利]一种大跨度地下工程开挖围岩稳定性监测预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程开挖围岩稳定性评价与监测预警领域，具体涉及提出一种运用地下工程围岩应力与位移的耦合监测对围岩稳定性进行评价与预警方法。

背景技术

地下工程是指伴随人类工程和生产活动而在地层中形成的地下空间工程，它主要包括地下采矿所形成的地下洞室、城市地下空间、水电地下洞室以及隧道等。随着经济的发展和社会的进步，特别随着地下空间的充分开发与利用，地下工程跨度与断面也越来越大，在地下工程施工中经常会出现围岩失稳与坍塌灾害，造成工期延误和巨大的生命财产损失。近些年来，围岩坍塌屡见不鲜。由于地下工程岩体结构的复杂性和多样性，使得人们对围岩稳定的认识遇到了很大障碍。因此，研究和确定适合大跨度地下工程围岩稳定性的监测与评价方法已经成为地下工程建设领域一个迫切需要研究的课题，也是地下工程减灾防灾所面临的首要任务。

目前已有的围岩稳定性分析方法较多，可以归纳为以下几种:解析法、数值分析法、工程地质类比法、模型试验方法等。解析法在进行围岩稳定性分析时，经常采用复变函数法进行围岩应力与变形计算，并能得出弹性解析解，由于围岩岩体的岩性、遭受的构造变动及次生变化的不均一性，导致了岩体结构的复杂性，且不同结构类型的岩体，其岩石类型、结构体和结构面的特征不同，岩体的工程地质性质与变形破坏机理也都不同。因此复杂结构围岩应力与位移变化的关系比较复杂，此时常常无法满足解析法的围岩稳定性分析与评价基本条件；数值分析方法可以分为很多种具体方法，如有限元法，DDA法，关键块体理论法、边界元法等。该类方法在某种程度上克服了解析法的不足与局限，并在地下洞室稳定性评价中具有较多的应用，取得了较好的效果，然而常规的有限元法由于方法本身的要求使得在解决非连续介质时不是很理想，而且该方法计算相对比较复杂，对围岩边界条件、本构关系要求比较严格，并受地质模型、简化的力学模型和力学参数的影响,“高精度”计算结果难做出“高准确”的评价；工程地质类比法是大型地下洞室群围岩稳定性一种定性和半定量评价方法，尤其在勘测资料较少的可行性研究阶段，更能发挥其作用。然而，用地质类比法分析围岩稳定性方法中包含参数较多，围岩岩性与结构的复杂性导致有些参数难以准确测定，给该种方法的评价造成一定的困难，且该方法由于缺少定量的分析，只能根据定性的理论和经验对围岩稳定性做出评价，评价结果太过经验化，尤其在一些重大地下工程或首次涉及到复杂地质条件的地下工程时，没有成功的案例借鉴，则无法运用该方法对围岩稳定性进行评价；模型试验方法模拟的是真实的物理实体，在基本满足相似原理条件下，能直观反映围岩支护体系各方面的变化和影响，然而物理模型试验具有周期长，成本高的特点，当需要多种开挖方案对比研究时，该方法因工作量大而难以实施。

因此，为了克服上述围岩稳定性评价方法存在的不足和局限性，本发明针对围岩破坏机理与位移动力作用规律，提出和建立了一种基于围岩应力和位移耦合监测数据对围岩进行稳定性评价及监测预警的方法。该方法可以在某种程度上克服上述传统围岩稳定性评价方法存在的不足和局限，在围岩稳定性评价与监测预警领域具有重要的应用价值。

发明内容

本发明目的是为了克服现有传统围岩稳定性力学分析与评价方法的不足与缺陷，提出了一种大跨度地下工程开挖围岩稳定性监测预警方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大跨度地下工程开挖围岩稳定性监测预警方法，包括以下步骤：

第一步：选择围岩监测断面，并布置断面监测点；

第二步：分别安装围岩变形监测设备和应力监测设备；

第三步：根据围岩不同稳定阶段的稳定性状况，运用围岩变形监测设备和应力监测设备，对不同开挖阶段的相应监测点的应力与位移进行监测；

第四步：根据实时监测数据，确定第i次开挖阶段完成后围岩相应监测点应力的增量Δσ_i与位移的增量ΔS_i以及围岩应力与位移增量的均值；

第五步：将地下洞室围岩第i阶段开挖后监测点位移增量均值与应力增量均值的比值定义为围岩开挖位移动力増载率η_i，以围岩开挖位移动力增载率作为围岩开挖稳定性评价参数，对围岩稳定性进行评价与预警。

本发明的上述方法将地下工程围岩应力与位移进行同时耦合监测与整合，将围岩开挖位移动力増载率η_i作为地下工程围岩应力与位移的耦合集成动力预测参数，并运用该参数对地下工程围岩的变形性质及稳定性进行评价及监测预警。